Ho utloisisa Sampling ea Nyquist: Ho leka-lekanya Optical le Khamera Resolution |

Litšoantšong tsa dijithale, ho bonolo ho nahana hore qeto e phahameng ka bo eona e bolela litšoantšo tse betere. Hangata baetsi ba lik'hamera ba bapatsa litsamaiso tse ipapisitseng le lipalo tsa megapixel, ha baetsi ba lilense ba totobatsa matla a ho rarolla le ho hlaba. Leha ho le joalo, ts'ebetsong, boleng ba setšoantšo ha bo itšetlehe feela ka litlhaloso tsa lense kapa sensor ka bonngoe empa hape le hore na li bapisitsoe hantle hakae.

Mona ke moo sampole ea Nyquist e kenang teng. Qalong e ne e le molao-motheo o tsoang ho ts'ebetso ea matšoao, criterion ea Nyquist e beha moralo oa theory bakeng sa ho hapa lintlha ka nepo. Ha ho nahanoa, e netefatsa hore qeto ea optical e fanoang ke lense le resolution ea dijithale ea sensor ea khamera li sebetsa 'moho ka kutloano.

Sengoliloeng sena se manolla sampole ea Nyquist maemong a ho nka litšoantšo, se hlalosa tekano lipakeng tsa resolution ea optical le khamera, mme se fana ka litataiso tse sebetsang bakeng sa lits'ebetso ho tloha ho ho nka lifoto ho isa ho tsa mahlale.

Nyquist Sampling ke Eng?

Setšoantšo sa 1: Theorem ea sampling ea Nyquist

Holimo:Letšoao la sinusoidal (cyan) le lekanyetsoa, kapa sampole, ka lintlha tse ngata. Mohala o mosoeu o nang le nako e telele o emela tekanyo ea 1 ka potoloho ea letšoao la sinusoidal, ho hapa litlhōrō tsa matšoao feela, ho pata ka ho feletseng sebopeho sa 'nete sa pontšo. Mokokotlo o mokhubelu o hahelletsoeng hantle o nka litekanyo tsa 1.1 sampole ka 'ngoe, o senola sinusoid empa e bua hampe khafetsa. Sena se tšoana le mohlala oa Moiré.

Tlase:Ke feela ha lisampole tse 2 li nkuoa potolohong ka 'ngoe (mola o matheba o pherese) moo mofuta oa nnete oa lets'oao o qalang ho nkuoa.

Theorem ea sampling ea Nyquist ke molao-motheo o tloaelehileng ho sebetsa ka mats'oao ho lisebelisoa tsa elektroniki, ts'ebetso ea molumo, litšoantšo le likarolo tse ling. Theorem e hlakisa hore ho tsosolosa maqhubu a fanoeng ka pontšo, litekanyo li tlameha ho etsoa bonyane habeli ka makhetlo a mabeli, a bontšitsoeng ho Setšoantšo sa 1. Tabeng ea qeto ea rona ea optical, sena se bolela hore boholo ba pixel ea sebaka sa rona e tlameha ho ba bonyane halofo ea lintlha tse nyenyane ka ho fetisisa tseo re lekang ho li tšoara, kapa, tabeng ea microscope, halofo ea qeto ea microscope.

Setšoantšo sa 2: Sampling ea Nyquist e nang le lipikselse tse lisekoere: litaba tsa ho sekamela

U sebelisa kh'amera e nang le marang-rang a lipikselse tse lisekoere, sampling factor ea 2x ea theorem ea Nyquist e tla nka feela lintlha tse tsamaellanang hantle le grid ea pixel. Haeba u leka ho rarolla meaho ka lehlakoreng la gridi ea pixel, boholo bo sebetsang ba pixel bo boholo, ho fihla ho makhetlo a √2 ho diagonal. Ka hona, tekanyo ea lisampole e tlameha ho ba makhetlo a 2√2 ho feta sebaka se lakatsehang ho nka lintlha ho 45o ho grid ea pixel.

Lebaka la sena le hlakisoa ka ho nahanisisa ka Setšoantšo sa 2 (halofo e ka holimo). Ak'u nahane hore boholo ba pixel bo behiloe ho qeto ea optical, ho fana ka litlhōrō tsa mehloli e 'meli ea boahelani, kapa lintlha leha e le life tseo re lekang ho li rarolla, e 'ngoe le e' ngoe ea tsona e le pixel ea eona. Leha tsena li lemohuoa ka thoko, ha ho na sesupo litekanyong tse hlahisoang hore ke litlhoro tse peli tse arohaneng - mme hape tlhaloso ea rona ea "tharollo" ha e fihlelle. Ho hlokahala pixel lipakeng, ho ts'oara lets'oao la lets'oao. Sena se finyelloa ka ho menahanela sekhahla sa sampole sa sebaka habeli, ke hore, ho fokotsa boholo ba pixel ea sebaka.

Optical Resolution vs. Khamera Resolution

Ho utloisisa hore na sampling ea Nyquist e sebetsa joang litšoantšong, re hloka ho khetholla lipakeng tsa mefuta e 'meli ea tharollo:

● Optical Resolution: Ho khethoa ka lense, optical resolution e bolela bokhoni ba eona ba ho hlahisa lintlha tse ntle. Lintlha tse kang boleng ba lense, lesoba, le diffraction li beha moeli ona. The modulation transfer function (MTF) hangata e sebelisoa ho lekanya hore na lense e fetisa hantle hakae phapano maemong a fapaneng a sebaka.

● Qeto ea Khamera: E khethoa ke sensor, qeto ea khamera e itšetlehile ka boholo ba pixel, bophahamo ba pixel, le boholo ba sensor ka kakaretso. Sekhahla sa pixel sa aKhamera ea CMOSe hlalosa ka kotloloho frequency ea eona ea Nyquist, e khethollang lintlha tse ngata tseo sensor e ka li nkang.

Ha tsena tse peli li sa tsamaisane, mathata a hlaha. Lense e fetang matla a ho rarolla ea sensor e "senyehile", kaha sensor e ke ke ea nka lintlha tsohle. Ka lehlakoreng le leng, sensor ea boemo bo holimo e kopantsoeng le lense ea boleng bo tlase e hlahisa litšoantšo tse sa ntlafatseng leha ho na le li-megapixel tse ngata.

Mokhoa oa ho Lekanya Optical le Khamera Resolution

Ho leka-lekanya optics le li-sensor ho bolela ho tsamaisana le maqhubu a Nyquist a sensor le maqhubu a optical cutoff ea lense.

● Nako ea Nyquist ea sensor ea khamera e baloa e le 1 / (2 × pixel pitch). Sena se hlalosa maqhubu a phahameng ka ho fetisisa a sebaka seo sensor e ka se etsang sampole ntle le ho qoelisoa.
● Leqhubu la optical cutoff le itšetlehile ka litšobotsi tsa lense le phapang.

Bakeng sa liphetho tse ntle, maqhubu a sensor a Nyquist a lokela ho ikamahanya le kapa a fete hanyane matla a ho rarolla lense. Ha e le hantle, molao o motle oa monoana ke ho etsa bonnete ba hore bophahamo ba pixel bo ka ba halofo ea karolo e nyane e ka rarolloang ea lense.

Ka mohlala, haeba lense e ka rarolla lintlha ho fihlela ho li-micrometer tse 4, joale sensor e nang le boholo ba pixel ea ~ 2 micrometer e tla leka-lekanya tsamaiso hantle.

E bapisa Nyquist le Qeto ea Khamera & Phephetso ea Lipikselse tsa Sekwere

Thekiso e fokotsehileng ea boholo ba pixel ea sebaka ke bokhoni bo fokotsehileng ba ho bokella leseli. Ka hona ho bohlokoa ho leka-lekanya tlhokahalo ea tharollo le ho bokella leseli. Ho feta moo, boholo ba pixel ea sebaka sa ntho e kholo bo atisa ho fetisa sebaka se seholo sa pono ea taba ea setšoantšo. Bakeng sa lits'ebetso tse nang le tlhoko e itseng ea tharollo e ntle, ho boleloa hore 'rule of thumb' optimum balance e otloa ka tsela e latelang: Boholo ba pixel ea sebaka, ha bo atolosoa ke ntlha e itseng ho ikarabella bakeng sa Nyquist, bo lokela ho lekana le qeto ea optical. Bongata bona bo bitsoa qeto ea khamera.

Ho leka-lekanya optics le li-sensor hangata ho theoha ho etsa bonnete ba hore qeto e sebetsang ea sampole ea khamera e lumellana le moeli oa qeto ea lense. Ho boleloa hore tsamaiso e "bapisa Nyquist" ha:

Qeto ea khamera = Qeto ea pono

Moo qeto ea khamera e fanoang ke:

Ntlha ea ho ikarabella bakeng sa Nyquist eo hangata e khothalletsoang ke 2.3, eseng 2. Lebaka la sena ke le latelang.

Lipikselse tsa khamera ke (hangata) lisekoere, 'me li hlophisitsoe ka marang-rang a 2-D. Boholo ba pixel joalo ka ha bo hlalositsoe bakeng sa tšebeliso ea equation bo fapaneng bo emela bophara ba lipikselse ho latela lilepe tsa grid ena. Haeba likarolo tseo re lekang ho li rarolla li ka lula ka lehlakoreng lefe kapa lefe ntle le palo e phethahetseng ea 90° mabapi le gridi ena, boholo bo sebetsang ba pixel bo tla ba kholoanyane, ho fihla ho √2 ≈ 1.41 makhetlo a boholo ba pixel ho 45°. Sena se bontšoa ho Setšoantšo sa 2 (halofo e ka tlaase).

Ntlha e khothaletsoang ho latela criterion ea Nyquist mekhoeng eohle e ka ba 2√2 ≈ 2.82. Leha ho le joalo, ka lebaka la khoebo e boletsoeng pejana pakeng tsa tharollo le pokello ea leseli, boleng ba ho sekisetsa ba 2.3 bo khothaletsoa e le molao oa letsoho.

Karolo ea Nyquist Sampling ho Imaging

Sampling ea Nyquist ke molebeli oa heke oa botšepehi ba setšoantšo. Ha sekhahla sa sampole se oela ka tlase ho moeli oa Nyquist:

● Ho etsa sampole ka tlase → ho baka mabitso a mang: lintlha tse fosahetseng, litšepe tse makukuno, kapa lipaterone tsa moiré.

● Oversampling → e nka lintlha tse ngata ho feta kamoo lisebelisoa tsa optic li ka fanang ka tsona, e leng se lebisang ho fokotseng meputso: lifaele tse kholoanyane le litlhoko tse phahameng tsa ho sebetsa ntle le lintlafatso tse bonahalang.

Sampling e nepahetseng e netefatsa hore litšoantšo li hlakile ebile li nepahetse. E fana ka teka-tekano lipakeng tsa ho kenya mahlo le ho ts'oaroa ha dijithale, ho qoba tharollo e senyehileng ka lehlakoreng le leng kapa lintho tsa khale tse khelosang ka lehlakoreng le leng.

Lisebelisoa tse Sebetsang

Sampling ea Nyquist ha se khopolo-taba feela - e na le ts'ebeliso ea bohlokoa ho pholletsa le lithuto tsa litšoantšo:

● Microscopy:Bafuputsi ba tlameha ho khetha lisensara tse etsang sampole bonyane habeli lintlha tse nyane tse ka rarolloang ke lense ea sepheo. Ho khetha se nepahetsengkhamera ea microscopyHo bohlokoa haholo, kaha boholo ba pixel bo tlameha ho ikamahanya le qeto e lekanyelitsoeng ea sepheo sa microscope. Hangata li laboratori tsa sejoale-joale li khethalik'hamera tsa sCMOS, e fanang ka ho leka-lekana ha kutlo, mefuta e matla, le libopeho tse ntle tsa pixel bakeng sa litšoantšo tse sebetsang hantle tsa baeloji.

● Ho nka linepe:Ho kopanya li-sensor tsa megapixel tse phahameng le lilense tse sa khoneng ho rarolla lintlha tse ntle ka ho lekana hangata ho fella ka ntlafatso e ke keng ea hlokomolohuoa ho bohale. Lifoto tsa litsebi li leka-lekanya lilense le lik'hamera ho qoba tharollo e senyehileng.

● Pono ea Mochini &Lik'hamera tsa mahlaleTaolong ea boleng le tlhahlobo ea indasteri, ho haella ha likarolo tse nyane ka lebaka la lisampole tse tlase ho ka bolela hore likarolo tse nang le bokooa li ke ke tsa bonoa. Oversampling e ka sebelisoa ka boomo bakeng sa katametso ea dijithale kapa ts'ebetso e ntlafalitsoeng.

Nako ea ho Kopanya Nyquist: Ho fana ka lisampole le ho etsa mohlala o tlase

Sampling ea Nyquist e emela tekanyo e nepahetseng, empa ts'ebetsong, litsamaiso tsa litšoantšo li ka 'na tsa feta ka boomo kapa tsa etsa mohlala o fokolang ho latela ts'ebeliso.

Undersampling ke eng

Tabeng ea lits'ebetso moo kutloisiso e leng bohlokoa ho feta ho rarolla lintlha tse nyane haholo, ho sebelisa boholo ba pixel ea sebaka se seholo ho feta litlhoko tsa Nyquist ho ka lebisa melemong e mengata ea pokello ea leseli. Sena se bitsoa undersampling.

Sena se fana ka lintlha tse ntle, empa se ka ba molemo ha:

● Kutloisiso e bohlokoa: lipikselse tse kholoanyane li bokella leseli le eketsehileng, li ntlafatsa karolelano ea molumo ho ea ho lerata litšoantšong tsa khanya e tlase.
● Mabelo a bohlokoa: lipikselse tse fokolang li fokotsa nako ea ho bala, e nolofalletsa ho fumana ka potlako.
● Bokhoni ba data boa hlokahala: boholo ba lifaele tse nyane bo ratoa ho litsamaiso tse lekanyelitsoeng tsa bandwidth.

Mohlala: Litšoantšong tsa khalsiamo kapa motlakase, mats'oao hangata a lekanyetsoa libakeng tse khahlang, kahoo ho etsa sampole ho ntlafatsa pokello ea mabone ntle le ho senya sephetho sa saense.

Oversampling ke eng

Ka lehlakoreng le leng, lits'ebetso tse ngata tseo ho rarolla lintlha tse ntle e leng senotlolo, kapa lits'ebetso tse sebelisang mekhoa ea tlhahlobo ea kamora ho fumana lintlha ho fumana tlhaiso-leseling e eketsehileng ho feta moeli oa diffraction, li hloka lipikselse tse nyane tsa litšoantšo ho feta litlhoko tsa Nyquist, tse bitsoang oversampling.

Leha sena se sa eketse qeto ea 'nete ea optical, se ka fana ka melemo:

● E nolofalletsa zoom ea dijithale ka tahlehelo ea boleng bo tlase.
● E ntlafatsa ts'ebetso ea morao-rao (mohlala, deconvolution, denoising, super-resolution).
● E fokotsa mabitso a mang a bonahalang ha litšoantšo li theoleloa hamorao.

Mohlala: Ho microscopy, kh'amera ea sCMOS e nang le qeto e phahameng e kanna ea feta meaho ea mehala e le hore li-algorithms tsa khomphutha li ka ntša lintlha tse ntle ho feta moeli oa diffraction.

Maikutlo a Tloaelehileng a Fosahetseng

1. Li-megapixels tse ngata li lula li bolela litšoantšo tse hlakileng haholoanyane.
Ha se 'nete. Ho hlaka ho itšetlehile ka matla a ho rarolla lense le hore na lisampole tsa sensor li nepahetse.

2, Lense efe kapa efe e ntle e sebetsa hantle ka sensor efe kapa efe e nang le qeto e phahameng.
Phapang e mpe lipakeng tsa qeto ea lense le bophahamo ba pixel e tla fokotsa ts'ebetso.

3, Sampling ea Nyquist e sebetsa feela ts'ebetsong ea matšoao, eseng ho nahana.
Ho fapana le hoo, ho nka litšoantšo tsa dijithale ha e le hantle ke ts'ebetso ea sampole, 'me Nyquist e bohlokoa mona joalo ka molumo kapa likhokahano.

Qetello

Sampling ea Nyquist ha se taba ea lipalo feela - ke molao-motheo o netefatsang hore tharollo ea pono le ea dijithale e sebetsa 'moho. Ka ho hokahanya matla a ho rarolla a lilense le bokhoni ba sampole ea li-sensor, litsamaiso tsa litšoantšo li fihlella ho hlaka ho hoholo ntle le lintho tsa khale kapa matla a senyehileng.

Bakeng sa litsebi mafapheng a fapaneng joalo ka microscope, bolepi ba linaleli, ho nka lifoto le pono ea mochini, ho utloisisa sampole ea Nyquist ke senotlolo sa ho rala kapa ho khetha litsamaiso tsa litšoantšo tse fanang ka liphetho tse tšepahalang. Qetellong, boleng ba setšoantšo ha bo tsoe ka ho sutumelletsa tlhaloso e le 'ngoe ho ea holimo empa ho tsoa ho finyella ho leka-lekana.

FAQs

Ho etsahala'ng haeba sampuli ea Nyquist e sa khotsofatsoe ke khamera?
Ha sekhahla sa sampole se oela ka tlase ho moeli oa Nyquist, sensor e ke ke ea emela lintlha tse ntle ka nepo. Sena se fella ka mabitso a mang, a hlahang e le makhopho a makukuno, lipaterone tsa moiré, kapa libopeho tse seng teng sebakeng sa 'nete.

Boholo ba pixel bo ama sampuli ea Nyquist joang?
Lipikselse tse nyane li eketsa maqhubu a Nyquist, ho bolelang hore sensor e ka rarolla lintlha tse hlakileng haholoanyane. Empa haeba lense e sa khone ho fana ka boemo boo ba tharollo, lipikselse tse eketsehileng li eketsa boleng bo fokolang mme li ka eketsa lerata.

Na sampuli ea Nyquist e fapane bakeng sa lisensara tsa monochrome vs. color?
Ee. Ho sensor ea monochrome, lisampole tse 'ngoe le tse ling tsa pixel li khanya ka kotloloho, kahoo maqhubu a sebetsang a Nyquist a tsamaisana le molumo oa pixel. Ho sensor ea mebala e nang le filthara ea Bayer, mocha o mong le o mong oa mebala ha o sample, kahoo qeto e sebetsang ka mor'a hore demosaicing e fokotsehe hanyane.

Tucsen Photonics Co., Ltd. Litokelo tsohle li sirelelitsoe. Ha u qotsa, ka kopo ela hloko mohloli:www.tucsen.com