2022/02/25Kamerans pixelstorlek hänvisar till de fysiska dimensionerna (bredd och höjd) för varje enskild pixel på kamerasensorn, vanligtvis mätt i mikrometer (μm). Det är en avgörande specifikation som påverkar både kamerans känslighet och dess förmåga att fånga fina detaljer. Bildens pixelstorlek (som härrör från sensorns pixelstorlek och det optiska systemets förstoringsgrad) spelar dock en mer direkt roll för att bestämma många avbildningsegenskaper.
1. Sambandet mellan sensorns pixelstorlek och bildens pixelstorlek
Sensorpixelstorlek kontra bildpixelstorlek:
Sensorns pixelstorlek är den fysiska storleken på en enskild pixel på sensorn. Bildens pixelstorlek bestäms dock av sensorns pixelstorlek dividerad med systemets förstoringsgrad.
Det optiska systemets förstoringsgrad (som bestäms av optiska komponenter som linser eller mikroskopobjektiv) spelar en avgörande roll för den effektiva bildens pixelstorlek.
Optiska systems inverkan:
Fasta fokusplanssystem (t.ex. mikroskopobjektiv) kontra fokuserbara system (t.ex. konventionella kameralinser):
I system med fast fokalplan är pixelstorleken direkt relaterad till förstoringsgraden, och större pixlar kan samla in mer ljus, vilket ger högre känslighet.
I fokuserbara system kan förstoringen justeras genom att ändra avståndet till motivet eller använda zoomobjektiv, vilket i sin tur ändrar bildens effektiva pixelstorlek.
2. Känslighet och pixelstorlek
Större pixlar och känslighet:
Större pixlar kan samla mer ljus, vilket förbättrar kamerans känslighet, särskilt i svagt ljus.
Analogi: Större pixlar är som en hink jämfört med en kopp för att samla regnvatten – det större området samlar fler fotoner, vilket ökar känsligheten.
Om till exempel en pixels storlek fördubblas i både X- och Y-riktningen, ökar pixelarean fyra gånger, vilket innebär att den kan samla fyra gånger fler fotoner.
Fördelar med bildtagning i svagt ljus:
Ökad pixelstorlek förbättrar kamerans förmåga att fånga svaga ljussignaler avsevärt, vilket minskar den erforderliga exponeringstiden eller ljusnivån.
3. Pixelstorlek kontra bildupplösning
Upplösningsavvägning:
Större pixlar kan förbättra känsligheten, men de kan också minska förmågan att lösa upp fina detaljer.
Exempel: En pixel på 1 μm kommer att ha svårt att lösa upp detaljer mindre än 2 μm, eftersom de angränsande funktionerna suddas ut i varandra.
Pixeleringsgraden ökar med större pixlar, vilket innebär att finare detaljer i bilden blir otydliga.
Begränsningar för optiska system:
Optiska systems upplösning är också en begränsande faktor för att lösa upp fina detaljer. Varje optiskt system har en gräns utöver vilken en minskning av pixelstorleken inte förbättrar upplösningen men minskar känsligheten.
För system baserade på mikroskopobjektiv är det primärt den numeriska aperturen (NA) som bestämmer denna upplösningsgräns.
4. Matcha pixelstorlek med optiskt system
Ideal pixelstorlek för mikroskop med hög NA:
En kamera med en pixelstorlek på 6,5 μm matchas idealiskt med mikroskopobjektiv med 60x hög NA.
Kameror med 10 eller 11 μm pixlar passar bäst för objektiv med 100x hög NA.
Större pixlar kan ge högre känslighet, men mindre pixlar förbättrar inte nödvändigtvis detaljupplösningen; de är mer användbara för att fånga finare bilddetaljer endast om det optiska systemet kan stödja en sådan upplösning.
5. Slutsats: Balansering av pixelstorlek, känslighet och upplösning
Avvägning av pixelstorlek:
Större pixlar är bättre för bilder i svagt ljus och för att förbättra känsligheten, men offrar förmågan att lösa fina bilddetaljer.
Mindre pixlar förbättrar bildupplösningen men kan minska känsligheten, särskilt i svagt ljus.
Systemmatchning:
Den ideala pixelstorleken för kameran beror på vilket optiskt system som används. För system med högre förstoringsgrad (som mikroskop med hög NA) måste pixelstorleken balanseras med det optiska systemets upplösningsförmåga och den avsedda avbildningstillämpningen.
