25/08/12Ingawa kamera za rangi hutawala soko la kamera za watumiaji, kamera za monochrome zinapatikana zaidi katika taswira ya kisayansi.
Vitambuzi vya kamera kwa asili havina uwezo wa kutambua rangi, au urefu wa wimbi, wa mwanga unaokusanya. Kufikia picha ya rangi kunahitaji maafikiano kadhaa katika unyeti na sampuli za anga. Walakini, katika programu nyingi za upigaji picha, kama vile ugonjwa, histolojia au ukaguzi fulani wa viwandani, habari ya rangi ni muhimu, kwa hivyo kamera za kisayansi za rangi bado ni za kawaida.
Makala haya yanachunguza kamera za kisayansi za rangi gani, jinsi zinavyofanya kazi, uwezo na vikwazo vyake, na wapi zinashinda rangi za kamera za kisayansi katika matumizi ya kisayansi.
Je! Kamera za Kisayansi za Rangi ni nini?
Kamera ya kisayansi ya rangi ni kifaa maalum cha kupiga picha ambacho kinanasa maelezo ya rangi ya RGB kwa uaminifu wa juu, usahihi na uthabiti. Tofauti na kamera za rangi za kiwango cha watumiaji ambazo hutanguliza mvuto wa kuona, kamera za rangi za kisayansi zimeundwa kwa ajili ya picha za kiasi ambapo usahihi wa rangi, mstari wa vitambuzi, na masafa yanayobadilika ni muhimu.
Kamera hizi hutumiwa sana katika programu kama vile hadubini ya uwanja mkali, historia, uchanganuzi wa nyenzo, na kazi za kuona kwa mashine ambapo tafsiri ya kuona au uainishaji unaotegemea rangi ni muhimu. Kamera nyingi za kisayansi za rangi zinatokana na vihisi vya CMOS au sCMOS, vilivyoundwa ili kukidhi matakwa makali ya utafiti wa kisayansi na viwanda.
Kwa mtazamo wa kina wa mifumo tofauti ya upigaji picha, chunguza uteuzi wetu wa utendakazi wa hali ya juukamera ya kisayansimifano iliyojengwa kwa maombi ya kitaaluma.
Kufikia Rangi: Kichujio cha Bayer
Kikawaida, utambuzi wa rangi katika kamera hupatikana kwa njia sawa na uundaji wa rangi kwenye vidhibiti na skrini: kupitia michanganyiko ya saizi nyekundu, kijani na samawati zilizo karibu kuwa 'pikseli kuu' za rangi kamili. Wakati chaneli za R, G na B zote ziko katika thamani ya juu zaidi, pikseli nyeupe inaonekana.
Kwa vile kamera za silicon haziwezi kutambua urefu wa mawimbi ya fotoni zinazoingia, utenganisho wa kila kituo cha urefu wa mawimbi R, G au B lazima ufanywe kwa kuchuja.
Katika pikseli nyekundu, kichujio cha mtu binafsi huwekwa juu ya pikseli ili kuzuia urefu wote wa mawimbi lakini zile zilizo katika sehemu nyekundu ya wigo, na vivyo hivyo kwa bluu na kijani. Walakini, ili kufikia kuweka tiles za mraba katika vipimo viwili licha ya kuwa na chaneli tatu za rangi, superpixel huundwa kutoka kwa saizi moja nyekundu, moja ya bluu na kijani kibichi, kama inavyoonyeshwa kwenye takwimu.
Mpangilio wa kichujio cha Bayer kwa kamera za rangi
KUMBUKA: Mpangilio wa vichujio vya rangi vilivyoongezwa kwa pikseli mahususi kwa kamera za rangi kwa kutumia mpangilio wa kichujio cha Bayer, kwa kutumia vipimo vya mraba 4 vya pikseli 4 za Kijani, Nyekundu, Bluu na Kijani. Agizo ndani ya kitengo cha pikseli 4 kinaweza kutofautiana.
Pikseli za kijani hupewa kipaumbele kwa sababu vyanzo vingi vya mwanga (kutoka jua hadi LED nyeupe) huonyesha kiwango chao cha juu zaidi katika sehemu ya kijani kibichi ya wigo, na kwa sababu vitambua mwanga (kutoka vitambuzi vya kamera vilivyo na silicon hadi machoni mwetu) kwa kawaida huwa na hisia katika kijani kibichi.
Linapokuja suala la uchanganuzi wa picha na onyesho, hata hivyo, kwa kawaida picha haziletwi kwa mtumiaji zikiwa na saizi kila moja ikionyesha thamani yake ya R, G au B pekee. Thamani ya RGB ya idhaa 3 huundwa kwa kila pikseli ya kamera, kwa kujumuisha thamani za pikseli zilizo karibu, katika mchakato unaoitwa 'debayering'.
Kwa mfano, kila pikseli nyekundu itazalisha thamani ya kijani, ama kutoka wastani wa pikseli nne za kijani zilizo karibu, au kupitia algoriti nyingine, na vivyo hivyo kwa pikseli nne za bluu zilizo karibu.
Faida na hasara za rangi
Faida
● Unaweza kuiona kwa rangi! Rangi huwasilisha taarifa muhimu zinazoboresha ufasiri wa binadamu, hasa wakati wa kuchanganua sampuli za kibiolojia au nyenzo.
● Rahisi zaidi kunasa picha za rangi ya RGB dhidi ya kuchukua picha za R, G, na B zinazofuatana kwa kutumia kamera ya monochrome.
Hasara
● Unyeti wa kamera za rangi umepunguzwa kwa kiasi kikubwa ikilinganishwa na wenzao wa monochrome, kulingana na urefu wa wimbi. Katika sehemu nyekundu na samawati ya wigo, kwa sababu ya kichujio kimoja tu kati ya pikseli nne kupita urefu huu wa mawimbi, mkusanyiko wa mwanga ni angalau 25% ule wa kamera sawa ya monochrome katika urefu huu wa mawimbi. Katika kijani, sababu ni 50%. Kwa kuongeza, hakuna chujio kamili: maambukizi ya kilele yatakuwa chini ya 100%, na inaweza kuwa chini sana kulingana na urefu halisi wa wimbi.
● Uamuzi wa maelezo ya faini pia unazidi kuwa mbaya, kwani viwango vya sampuli hupunguzwa kwa sababu hizi hizo (hadi 25% kwa R, B na hadi 50% kwa G). Kwa upande wa pikseli nyekundu, na pikseli 1 pekee kati ya 4 zinazonasa mwanga mwekundu, saizi ya pikseli inayofaa kwa ajili ya kukokotoa mwonekano ni kubwa mara 2 katika kila kipimo.
● Kamera za rangi pia hujumuisha kichujio cha infrared (IR). Hii ni kutokana na uwezo wa kamera za silicon kugundua urefu wa mawimbi wa IR usioonekana kwa jicho la mwanadamu, kutoka 700nm hadi karibu 1100nm. Ikiwa mwanga huu wa IR haukuchujwa, ungeathiri usawa nyeupe, na kusababisha uzazi usio sahihi wa rangi, na picha inayotolewa hailingani na kile kinachoonekana kwa jicho. Kwa hivyo, taa hii ya IR lazima ichujwe, ikimaanisha kuwa kamera za rangi haziwezi kutumika kwa programu za kupiga picha, ambazo hutumia urefu huu wa mawimbi.
Je, Kamera za Rangi Hufanya Kazi Gani?
Mfano wa curve ya ufanisi wa quantum ya kamera ya rangi ya kawaida
KUMBUKA: Utegemezi wa urefu wa wimbi wa ufanisi wa quantum unaoonyeshwa kando kwa pikseli zilizo na kichujio nyekundu, bluu na kijani. Pia inavyoonyeshwa ni ufanisi wa quantum ya sensor sawa bila vichungi vya rangi. Ongezeko la vichungi vya rangi hupunguza kwa kiasi kikubwa ufanisi wa quantum.
Msingi wa kamera ya rangi ya kisayansi ni kihisi chake cha picha, kwa kawaida aKamera ya CMOS or Kamera ya sCMOS(CMOS ya kisayansi), iliyo na kichungi cha Bayer. Mtiririko wa kazi kutoka kwa upigaji picha hadi matokeo ya picha unajumuisha hatua kadhaa muhimu:
1. Utambuzi wa Picha: Mwanga huingia kwenye lenzi na kugonga kihisi. Kila pikseli ni nyeti kwa urefu mahususi wa wimbi kulingana na kichujio cha rangi inachobeba.
2. Ubadilishaji Chaji: Fotoni hutoa chaji ya umeme katika fotodiodi chini ya kila pikseli.
3. Masomo na Ukuzaji: Gharama hubadilishwa kuwa voltages, kusomwa kwa safu kwa safu mlalo, na kunakiliwa na vigeuzi vya analogi hadi dijiti.
4. Uundaji Upya wa Rangi: Kichakataji cha ubao cha kamera au programu ya nje hubadilisha picha ya rangi kamili kutoka kwa data iliyochujwa kwa kutumia algoriti za demosaicing.
5. Marekebisho ya Picha: Hatua za uchakataji baada ya usindikaji kama vile urekebishaji wa eneo tambarare, salio nyeupe na kupunguza kelele hutumika ili kuhakikisha matokeo sahihi na yanayotegemeka.
Utendaji wa kamera ya rangi inategemea sana teknolojia ya sensor yake. Sensorer za kisasa za kamera za CMOS hutoa viwango vya kasi vya fremu na kelele ya chini, huku vihisi vya sCMOS vimeboreshwa kwa unyeti wa mwanga wa chini na anuwai kubwa ya nguvu, muhimu kwa kazi ya kisayansi. Misingi hii iliweka hatua ya kulinganisha rangi na kamera za monochrome.
Kamera za Rangi dhidi ya Kamera za Monochrome: Tofauti Muhimu
Ulinganisho kati ya picha za rangi na kamera ya monochrome kwa kazi ya mwanga mdogo
KUMBUKA: Picha ya fluorescent yenye utoaji wa urefu wa mawimbi nyekundu iliyotambuliwa na kamera ya rangi (kushoto) na kamera ya monochrome (kulia), huku vipimo vingine vya kamera vikisalia vile vile. Picha ya rangi inaonyesha uwiano wa chini sana wa mawimbi hadi kelele na azimio.
Ingawa kamera za rangi na monochrome hushiriki vipengele vingi, tofauti zao katika utendaji na matukio ya matumizi ni muhimu. Hapa kuna ulinganisho wa haraka:
| Kipengele | Kamera ya Rangi | Kamera ya Monochrome |
| Aina ya Sensor | CMOS/sCMOS iliyochujwa kwa Bayer | CMOS/sCMOS ambayo haijachujwa |
| Unyeti wa Mwanga | Chini (kutokana na vichujio vya rangi kuzuia mwanga) | Juu (hakuna mwanga uliopotea kwa vichungi) |
| Azimio la anga | Ubora wa chini wa ufanisi (demosaicing) | Azimio kamili la asili |
| Maombi Bora | Brightfield microscopy, histology, ukaguzi wa vifaa | Fluorescence, picha ya mwanga mdogo, vipimo vya usahihi wa juu |
| Data ya Rangi | Hunasa maelezo kamili ya RGB | Inanasa rangi ya kijivu pekee |
Kwa kifupi, kamera za rangi ni bora zaidi wakati rangi ni muhimu kwa tafsiri au uchambuzi, wakati kamera za monochrome ni bora kwa unyeti na usahihi.
Ambapo Rangi Kamera Excel katika Maombi ya Kisayansi
Licha ya mapungufu yao, kamera za rangi hufanya vyema katika maeneo mengi maalum ambapo tofauti ya rangi ni muhimu. Ifuatayo ni mifano michache ya mahali wanapoangaza:
Sayansi ya Maisha na hadubini
Kamera za rangi hutumiwa kwa kawaida katika hadubini ya uwanja mkali, haswa katika uchanganuzi wa kihistoria. Mbinu za uwekaji madoa kama vile H&E au upakaji rangi ya Gram hutoa utofautishaji unaotegemea rangi ambao unaweza kufasiriwa tu na taswira ya RGB. Maabara za elimu na idara za ugonjwa pia hutegemea kamera za rangi ili kunasa picha halisi za vielelezo vya kibaolojia kwa matumizi ya kufundishia au uchunguzi.
Sayansi ya Nyenzo na Uchambuzi wa uso
Katika utafiti wa nyenzo, picha za rangi ni muhimu kwa kutambua kutu, oxidation, mipako, na mipaka ya nyenzo. Kamera za rangi husaidia kugundua tofauti ndogo ndogo katika umaliziaji wa uso au kasoro ambazo upigaji picha wa monochrome unaweza kukosa. Kwa mfano, kutathmini vifaa vya mchanganyiko au bodi za mzunguko zilizochapishwa mara nyingi huhitaji uwakilishi sahihi wa rangi.
Maono ya Mashine na Uendeshaji
Katika mifumo ya ukaguzi wa kiotomatiki, kamera za rangi hutumiwa kupanga vitu, kugundua kasoro na uthibitishaji wa lebo. Huruhusu kanuni za kuona kwa mashine kuainisha sehemu au bidhaa kulingana na alama za rangi, na kuimarisha usahihi wa otomatiki katika utengenezaji.
Elimu, Nyaraka, na Ufikiaji
Taasisi za kisayansi mara nyingi huhitaji picha za rangi za ubora wa juu kwa machapisho, mapendekezo ya ruzuku, na uhamasishaji. Picha ya rangi hutoa uwakilishi angavu zaidi na unaovutia zaidi wa data ya kisayansi, hasa kwa mawasiliano kati ya taaluma mbalimbali au ushirikiano wa umma.
Mawazo ya Mwisho
Kamera za kisayansi za rangi hutumikia jukumu muhimu katika utiririshaji wa picha wa kisasa ambapo utofautishaji wa rangi ni muhimu. Ingawa huenda zisilingane na kamera za monochrome katika unyeti au mwonekano mbichi, uwezo wao wa kutoa picha za asili, zinazoweza kufasirika huzifanya ziwe muhimu sana katika nyanja kuanzia sayansi ya maisha hadi ukaguzi wa kiviwanda.
Wakati wa kuchagua kati ya rangi na monochrome, zingatia malengo yako ya upigaji picha. Ikiwa programu yako inahitaji utendakazi wa mwanga wa chini, unyeti wa juu, au utambuzi wa umeme, kamera ya kisayansi ya monochrome inaweza kuwa chaguo lako bora zaidi. Lakini kwa picha ya uwanja mkali, uchambuzi wa nyenzo, au kazi yoyote inayojumuisha habari iliyo na alama za rangi, suluhisho la rangi linaweza kuwa bora.
Ili kuchunguza mifumo ya kina ya upigaji picha ya rangi kwa ajili ya utafiti wa kisayansi, vinjari orodha yetu kamili ya kamera za CMOS za utendaji wa juu na miundo ya sCMOS iliyoundwa kulingana na mahitaji yako.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Haki zote zimehifadhiwa. Unapotaja, tafadhali tambua chanzo:www.tucsen.com
