25/08/20Wakati wa kutathmini kamera ya kisayansi, vipimo vya kiufundi vinaweza kuwa vingi sana - saizi ya pikseli, ufanisi wa quantum, masafa yanayobadilika, na zaidi. Miongoni mwa vipimo hivi, kina kidogo ni mojawapo ya mambo muhimu zaidi katika kubainisha ni taarifa ngapi kamera yako inaweza kunasa na jinsi inavyowakilisha maelezo mazuri kwa uaminifu.
Katika taswira ya kisayansi, ambapo tofauti ndogo ndogo za mwangaza zinaweza kuwakilisha data muhimu, kuelewa kina kidogo si hiari - ni muhimu.
Makala haya yanafafanua kina kidogo ni nini, jinsi kinavyoathiri ubora wa picha, jukumu lake katika usahihi wa data, na jinsi ya kuchagua kina kinafaa kwa programu yako.
Kina Kidogo: Hesabu ya Juu ya Kiwango cha Grey katika Pixel ya Picha
Unapofanya kazi na kamera ya kisayansi, kina kidogo hufafanua ni thamani ngapi tofauti za mkazo kila pikseli inaweza kurekodi. Hili ni muhimu kwa sababu katika upigaji picha wa kisayansi, thamani ya kila pikseli inaweza kuendana moja kwa moja na kiasi kilichopimwa, kama vile hesabu ya picha au ukubwa wa fluorescence.
Kina kidogo kinaonyesha idadi ya 'biti' za data ya kidijitali ya binary ambayo kila pikseli hutumia kuhifadhi thamani za ukubwa, ambapo biti 8 huunda baiti moja. Thamani ya juu ya kiwango cha kijivu inatolewa na:
Viwango vya juu vya kijivu = 2^ (Kina kidogo)
Kwa mfano:
● 8-bit = viwango 256
● 12-bit = viwango 4,096
● 16-bit = viwango 65,536
Viwango zaidi vya kijivu huruhusu upangaji bora zaidi na uwakilishi sahihi zaidi wa tofauti ndogo ndogo, ambazo zinaweza kuwa muhimu wakati wa kupima mawimbi hafifu au kufanya uchanganuzi wa kiasi.
Kina kidogo na kasi
Kuongezeka kwa kina kidogo kunamaanisha kuwa vigeuzi vya analogi hadi dijitali (ADCs) lazima vitoe biti zaidi kwa kila kipimo. Hii kawaida huwahitaji kupunguza vipimo vyao kwa sekunde - yaani, kupunguza kasi ya fremu ya kamera.
Kwa sababu hii, wengikamera za kisayansitoa njia mbili za kupata:
● Hali ya kina kidogo - Hii kwa kawaida hutoa masafa ya juu zaidi yanayobadilika. Hutanguliza mwonekano wa toni na anuwai inayobadilika kwa programu kama vile hadubini ya fluorescence au taswira.
● Hali ya kasi ya juu - Hii hupunguza kina kidogo ili kupendelea viwango vya kasi vya fremu, ambayo ni muhimu kwa matukio ya haraka katika upigaji picha wa kasi ya juu.
Kujua ubadilishanaji huu hukusaidia kuchagua hali inayolingana na malengo yako ya upigaji picha - usahihi dhidi ya azimio la muda.
Kina kidogo na anuwai inayobadilika
Ni kawaida kuchanganya kina kidogo na safu inayobadilika, lakini hazifanani. Kina kidogo hufafanua idadi ya viwango vya mwangaza vinavyowezekana, ilhali masafa yanayobadilika yanaelezea uwiano kati ya ishara hafifu na angavu zaidi zinazoweza kutambulika.
Uhusiano kati ya hizi mbili unategemea vipengele vya ziada kama vile mipangilio ya kupata kamera na kelele ya usomaji. Kwa hakika, masafa yanayobadilika yanaweza kuonyeshwa katika "biti zinazofaa," kumaanisha kuwa utendakazi wa kelele unaweza kupunguza idadi ya biti zinazochangia data inayoweza kutumika ya picha.
Kwa uteuzi wa kamera, hii inamaanisha unapaswa kutathmini kina kidogo na safu inayobadilika pamoja badala ya kudhani moja inafafanua nyingine kikamilifu.
Baiti za uhifadhi wa data zinazohitajika kwa kila fremu ya kamera (bila mgandamizo) zinaweza kuhesabiwa kama:
Hifadhi ya data
Zaidi ya hayo, baadhi ya fomati za faili - kama TIFF - huhifadhi data ya 9- hadi 16 ndani ya "wrapper" ya 16-bit. Hii inamaanisha kuwa hata ikiwa picha yako inatumia biti 12 pekee, alama ya chini ya hifadhi inaweza kuwa sawa na picha kamili ya 16-bit.
Kwa maabara zinazoshughulikia hifadhidata kubwa, hii ina maana ya vitendo: picha za kina kidogo zaidi zinahitaji nafasi zaidi ya diski, muda mrefu wa uhamishaji, na nguvu zaidi ya kompyuta kwa ajili ya kuchakata. Kusawazisha mahitaji ya usahihi na uwezo wa usimamizi wa data ni muhimu kwa mtiririko mzuri wa kazi.
Jinsi Kina Kidogo Kinavyoathiri Ubora wa Picha
Kielelezo: Mifano ya kina kidogo
KUMBUKA: Kielelezo cha dhana ya kina kidogo. Kupunguza kina kidogo hupunguza idadi ya hatua za ukubwa zinazoweza kutumika kuonyesha picha.
Kina kidogo kina athari ya moja kwa moja kwa vipengele kadhaa vya ubora wa picha katika kamera ya kisayansi.
Safu Inayobadilika
Kina cha juu zaidi hunasa viwango zaidi vya mwangaza, na kuhifadhi maelezo katika vivuli na vivutio.
Kwa mfano, katika hadubini ya fluorescence, vipengele hafifu vinaweza kuonekana kwa shida katika picha ya biti 8 lakini ni tofauti zaidi katika kunasa kwa biti 16.
Daraja Laini la Toni
Kina cha juu kidogo huruhusu mabadiliko laini kati ya viwango vya mwangaza, kuzuia "kufunga" katika gradient. Hii ni muhimu hasa katika uchambuzi wa kiasi, ambapo kuruka kwa ghafla kunaweza kupotosha matokeo.
Uwakilishi wa Uwiano wa Mawimbi kwa Kelele (SNR).
Ingawa kina kidogo hakiongezi moja kwa moja SNR ya kihisi, huwezesha kamera kuwakilisha kwa usahihi tofauti fiche za mawimbi juu ya sakafu ya kelele.
Ikiwa SNR ya kitambuzi iko chini kuliko ubora unaotolewa na kina kidogo, biti hizo za ziada haziwezi kuchangia ubora halisi wa picha - jambo la kukumbuka.
Mfano:
●Picha ya 8-bit: Vivuli huunganishwa, vipengele hafifu hutoweka, na mabadiliko madogo yanapotea.
●Picha ya 16-bit: Gradations ni ya kuendelea, miundo iliyofifia huhifadhiwa, na vipimo vya kiasi vinaaminika zaidi.
Kina Kidogo na Usahihi wa Data katika Upigaji picha wa Kisayansi
Katika taswira ya kisayansi, picha si picha tu - ni data. Kila thamani ya pikseli inaweza kuendana na kiasi kinachoweza kupimika, kama vile hesabu ya picha, nguvu ya mwanga wa mwanga au nguvu ya taswira.
Kina cha juu zaidi hupunguza hitilafu ya quantization - hitilafu ya kuzungusha ambayo hutokea wakati mawimbi ya analogi inapowekwa dijiti katika viwango tofauti. Kukiwa na viwango zaidi vinavyopatikana, thamani ya dijiti iliyopewa pikseli inalingana kwa karibu zaidi na mawimbi ya kweli ya analogi.
Kwa nini hii ni muhimu
● Katika hadubini ya fluorescence, tofauti ya hatua moja katika mwangaza inaweza kuwakilisha mabadiliko ya maana katika mkusanyiko wa protini.
● Katika unajimu, mawimbi hafifu kutoka kwa nyota au galaksi za mbali zinaweza kupotea ikiwa kina kidogo ni kidogo sana.
● Katika uchunguzi, kina kidogo zaidi huhakikisha vipimo sahihi zaidi vya ufyonzaji au njia za utoaji wa hewa.
Kamera ya sCMOS iliyo na toleo la biti 16 inaweza kurekodi tofauti fiche ambazo hazingeonekana katika mfumo wa kina kidogo, na kuifanya kuwa muhimu kwa programu zinazohitaji usahihi wa kiasi.
Unahitaji Kina Kidogo Gani?
Programu nyingi zinahitaji viwango vya juu vya mawimbi na anuwai ya juu inayobadilika, katika hali ambayo kina kidogo cha juu (14-bit, 16-bit au zaidi) kinaweza kuwa cha manufaa.
Kwa kawaida kwa upigaji picha wa mwanga wa chini, hata hivyo, kina kidogo kinachopatikana kitatoa nguvu ya juu zaidi ya kueneza kuliko itakavyofikiwa katika hali nyingi. Hasa kwa kamera za 16-bit, isipokuwa faida ni ya juu, safu kamili ya 16-bit haihitajiki.
Kamera za kasi ya juu au modi za kamera zinaweza kuwa 8-bit tu, ambayo inaweza kuwa kikwazo zaidi, ingawa kasi ya juu ambayo modi 8-bit zinaweza kuwezesha mara nyingi hufanya biashara kuwa muhimu. Watengenezaji wa kamera wanaweza kuongeza ubadilikaji wa modi 8-bit ili kukabiliana na viwango vya kawaida vya mawimbi ya programu tofauti za upigaji picha kupitia mipangilio ya faida inayoweza kubadilika.
Kuchagua Kina cha Biti Sahihi kwa Maombi Yako
Hapa kuna rejeleo la haraka la kulinganisha kina kidogo na hali za kawaida za kisayansi za upigaji picha:
| Maombi | Kina Kina kilichopendekezwa | Sababu |
| Microscopy ya Fluorescence | 16-bit | Tambua mawimbi hafifu na tofauti ndogo ndogo za kiwango |
| Upigaji picha wa Astronomia | 14-16-bit | Nasa masafa ya juu yanayobadilika katika hali ya mwanga wa chini |
| Ukaguzi wa Viwanda | 12-14-bit | Tambua kasoro ndogo kwa uwazi |
| Nyaraka za Jumla | 8-bit | Inatosha kwa madhumuni yasiyo ya kiasi |
| Spectroscopy | 16-bit | Hifadhi tofauti nzuri katika data ya spectral |
Marekebisho:
●Kina cha juu kidogo= azimio bora la toni na usahihi, lakini faili kubwa na nyakati ndefu za usindikaji.
●Kina kidogo cha chini= upataji wa haraka na faili ndogo, lakini hatari ya kupoteza maelezo mafupi.
Kina Kidogo dhidi ya Vipimo Vingine vya Kamera
Ingawa kina kidogo ni muhimu, ni kipande kimoja tu cha fumbo wakati wa kuchagua kamera ya kisayansi.
Aina ya Kihisi (CCD dhidi ya CMOS dhidi ya sCMOS)
● Miundo tofauti ya vitambuzi ina kelele tofauti za usomaji, masafa yanayobadilika na ufanisi wa quantum. Kwa mfano, kihisi cha kina cha juu kidogo na ufanisi duni wa quantum bado kinaweza kutatizika katika upigaji picha wa mwanga mdogo.
Ufanisi wa Quantum (QE)
● QE hufafanua jinsi kihisi kinavyobadilisha fotoni kuwa elektroni. QE ya juu ni muhimu kwa kunasa mawimbi dhaifu, na inapooanishwa na kina kidogo cha kutosha, huongeza usahihi wa data.
Safu Inayobadilika
● Masafa yanayobadilika ya kamera huamua muda kati ya mawimbi hafifu na angavu zaidi ambayo inaweza kunasa kwa wakati mmoja. Masafa yanayobadilika ya juu ni ya manufaa zaidi yakilinganishwa na kina kidogo kinachoweza kuwakilisha viwango hivyo vya mwangaza.
Kumbuka:
Kina cha juu kidogo hakitaboresha ubora wa picha ikiwa vikwazo vingine vya mfumo (kama vile kelele au macho) ndio kikwazo halisi.
Kwa mfano, kamera ya 8-bit yenye kelele ya chini sana inaweza kushinda mfumo wa kelele wa 16-bit katika baadhi ya programu.
Hitimisho
Katika taswira ya kisayansi, kina kidogo ni zaidi ya maelezo ya kiufundi - ni jambo la msingi katika kunasa data sahihi na inayotegemewa.
Kuanzia kugundua miundo hafifu katika hadubini hadi kurekodi galaksi za mbali katika unajimu, kina kirefu cha kulia huhakikisha kuwa kamera yako ya kisayansi inahifadhi maelezo na vipimo ambavyo utafiti wako unategemea.
Wakati wa kuchagua kamera:
1. Linganisha kina kidogo na mahitaji ya usahihi ya programu yako.
2. Izingatie pamoja na vipimo vingine muhimu kama vile ufanisi wa quantum, kelele na masafa yanayobadilika.
3. Kumbuka kwamba kina cha juu zaidi ni cha thamani zaidi wakati mfumo wako unaweza kunufaika nacho.
Ikiwa unatafuta aKamera ya CMOS orKamera ya sCMOSiliyoundwa kwa ajili ya upigaji picha wa kina wa kisayansi, chunguza aina zetu mbalimbali zilizoundwa kwa usahihi, kutegemewa na usahihi wa data.
Maswali Yanayoulizwa Mara kwa Mara
Kuna tofauti gani ya kiutendaji kati ya 12-bit, 14-bit na 16-bit katika taswira ya kisayansi?
Kwa njia ya vitendo, kuruka kutoka 12-bit (viwango 4,096) hadi 14-bit (viwango 16,384) na kisha hadi 16-bit (viwango 65,536) huruhusu kuendelea kwa ubaguzi bora kati ya thamani za mwangaza.
● 12-bit inatosha kwa ajili ya maombi mengi ya viwanda na nyaraka ambapo mwanga unadhibitiwa vizuri.
● 14-bit inatoa usawa mzuri wa usahihi na ukubwa wa faili unaoweza kudhibitiwa, bora kwa utiririshaji wa kazi nyingi wa maabara.
● 16-bit ina ubora katika matukio ya mwanga wa chini, yenye nguvu ya juu kama vile hadubini ya fluorescence au picha ya anga, ambapo uwezo wa kurekodi mawimbi hafifu bila kupoteza maelezo angavu ni muhimu.
Hata hivyo, kumbuka kwamba kelele ya kitambuzi ya kamera na masafa inayobadilika lazima yawe ya kutosha ili kutumia hatua hizo za ziada za toni - vinginevyo, manufaa yanaweza yasipatikane.
Je, kina cha juu kidogo daima husababisha picha bora?
Si moja kwa moja. Kina kidogo huamua azimio linalowezekana la toni, lakini ubora halisi wa picha hutegemea mambo mengine, ikijumuisha:
● Unyeti wa kitambuzi (ufanisi wa quantum)
● Kelele ya kusoma
● Ubora wa macho
● Uthabiti wa mwangaza
Kwa mfano, kamera ya CMOS yenye kelele ya juu ya 16-bit inaweza kuchukua maelezo muhimu zaidi kuliko kamera ya 12-bit sCMOS ya sauti ya chini katika hali fulani. Kwa maneno mengine, kina kidogo zaidi ni cha manufaa zaidi kinapounganishwa na mfumo wa upigaji picha ulioboreshwa vyema.
Je! ninaweza kupunguza sampuli kutoka kwa picha ya kina kidogo bila kupoteza data muhimu?
Ndio - kwa kweli, hii ni mazoezi ya kawaida. Kunasa kwa kina kidogo hukupa kubadilika kwa uchanganuzi wa baada ya usindikaji na idadi. Baadaye unaweza kupunguza sampuli hadi 8-bit kwa uwasilishaji au kuhifadhi, ukihifadhi matokeo ya uchanganuzi bila kuweka mkusanyiko kamili wa data. Hakikisha tu faili asili za kina cha juu kidogo zimehifadhiwa mahali fulani ikiwa uchambuzi upya unaweza kuhitajika.
Je, kina kidogo kina jukumu gani katika vipimo vya kisayansi vya kiasi?
Katika upigaji picha wa kiasi, kina kidogo huathiri moja kwa moja jinsi thamani za pikseli zinavyowakilisha nguvu za mawimbi ya ulimwengu halisi. Hii ni muhimu kwa:
● Microscopy - Kupima mabadiliko ya nguvu ya umeme katika kiwango cha seli.
● Spectroscopy - Kugundua mabadiliko ya hila katika njia za kunyonya/kutoa uchafu.
● Unajimu - Kurekodi vyanzo vya mwanga hafifu kwa mwangaza wa muda mrefu.
Katika hali hizi, kina kidogo kidogo kinaweza kusababisha hitilafu za kuzungusha au kukata mawimbi, na hivyo kusababisha tafsiri isiyo sahihi ya data.
Je, ungependa kujifunza zaidi? Angalia makala zinazohusiana:
[Aina Inayobadilika] - Safu ya Nguvu ni nini?
Ufanisi wa Quantum katika Kamera za Kisayansi: Mwongozo wa Wanaoanza
Tucsen Photonics Co., Ltd. Haki zote zimehifadhiwa. Unapotaja, tafadhali tambua chanzo:www.tucsen.com
