25/08/12Гарчанде ки камераҳои ранга дар бозори камераҳои истеъмолӣ бартарӣ доранд, камераҳои монохромӣ дар тасвири илмӣ бештар маъмуланд.
Сенсорҳои камера табиатан қодир нестанд, ки ранг ё дарозии мавҷи нури ҷамъшударо муайян кунанд. Барои ноил шудан ба тасвири ранга як қатор созишҳо дар ҳассосият ва интихоби фазоӣ лозим аст. Бо вуҷуди ин, дар бисёр барномаҳои тасвирӣ, аз қабили патология, гистология ё баъзе санҷишҳои саноатӣ, иттилооти рангӣ муҳим аст, аз ин рӯ камераҳои илмии ранга то ҳол маъмуланд.
Ин мақола меомӯзад, ки камераҳои илмӣ чӣ гуна ранг доранд, онҳо чӣ гуна кор мекунанд, ҷиҳатҳои қавӣ ва маҳдудиятҳои онҳо ва дар куҷо онҳо аз ҳамтоёни монохромии худ дар барномаҳои илмӣ бартарӣ доранд.
Камераҳои илмии ранга чист?
Камераи илмии ранга як дастгоҳи махсуси тасвирӣ мебошад, ки маълумоти ранги RGB-ро бо дақиқ, дақиқ ва мувофиқати баланд сабт мекунад. Баръакси камераҳои рангаи истеъмолӣ, ки ҷолибияти визуалиро бартарият медиҳанд, камераҳои рангаи илмӣ барои тасвири миқдорӣ тарҳрезӣ шудаанд, ки дар он дақиқии ранг, хатти сенсор ва диапазони динамикӣ муҳиманд.
Ин камераҳо дар барномаҳое ба мисли микроскопияи равшании майдони равшанӣ, гистология, таҳлили маводҳо ва вазифаҳои биниши мошин, ки тафсири визуалӣ ё таснифоти рангӣ муҳим аст, ба таври васеъ истифода мешаванд. Аксари камераҳои илмии ранга ба сенсорҳои CMOS ё sCMOS асос ёфтаанд, ки барои қонеъ кардани талаботи ҷиддии тадқиқоти илмӣ ва саноатӣ пешбинӣ шудаанд.
Барои дидани амиқ ба системаҳои гуногуни тасвирӣ, интихоби моро барои баландсифат омӯзедкамераи илмймоделҳое, ки барои барномаҳои касбӣ сохта шудаанд.
Ба даст овардани ранг: Филтри Байер
Одатан, муайянкунии ранг дар камераҳо тавассути ҳамон воситаҳое, ки таҷдиди рангҳо дар мониторҳо ва экранҳо ба даст оварда мешавад: тавассути омезиши пикселҳои сурх, сабз ва кабуди наздик ба "суперпикселҳои" пурра ранг. Вақте ки каналҳои R, G ва B ҳама дар арзиши максималии худ ҳастанд, пиксели сафед дида мешавад.
Азбаски камераҳои кремний дарозии мавҷи фотонҳои воридшавандаро муайян карда наметавонанд, ҷудокунии ҳар як канали дарозии мавҷҳои R, G ё B бояд тавассути филтр ба даст оварда шавад.
Дар пикселҳои сурх, филтри инфиродӣ дар болои пиксел ҷойгир карда мешавад, то ҳама дарозии мавҷҳоро, ба истиснои мавҷҳое, ки дар қисми сурхи спектр ҷойгиранд, ва инчунин барои кабуд ва сабз. Аммо, барои ба даст овардани сафолҳои мураббаъ дар ду андоза сарфи назар аз доштани се канали ранг, суперпиксел аз як пиксели сурх, як кабуд ва ду пиксели сабз, тавре ки дар расм нишон дода шудааст, ташкил карда мешавад.
Тарҳбандии филтри Байер барои камераҳои ранга
ШАРҲ: Тарҳбандии филтрҳои ранга ба пикселҳои инфиродӣ барои камераҳои ранга бо истифода аз тарҳбандии филтри Байер бо истифода аз воҳидҳои такрории мураббаъ 4-пикселҳои пикселҳои сабз, сурх, кабуд ва сабз. Тартиб дар дохили воҳиди 4 пиксел метавонад фарқ кунад.
Пикселҳои сабз ҳам аз он сабаб афзалият доранд, ки аксарияти манбаъҳои рӯшноӣ (аз офтоб то LED-ҳои сафед) шиддатнокии баландтарини худро дар қисми сабзи спектр нишон медиҳанд ва азбаски детекторҳои рӯшноӣ (аз сенсорҳои камераи кремний ба чашмони мо) маъмулан дар ҳассосият авлавият доранд.
Аммо вақте ки сухан дар бораи таҳлил ва намоиши тасвир меравад, тасвирҳо одатан ба корбар бо пикселҳо дода намешаванд, ки ҳар яки онҳо танҳо арзиши R, G ё B-ро нишон медиҳанд. Қимати 3-канал RGB барои ҳар як пиксели камера тавассути интерполятсияи арзишҳои пикселҳои наздик дар раванди бо номи "debayering" сохта мешавад.
Масалан, ҳар як пиксели сурх ё аз ҳисоби миёнаи чаҳор пиксели сабзи наздик ё тавассути ягон алгоритми дигар ва инчунин барои чаҳор пиксели кабуди наздик арзиши сабз тавлид мекунад.
Бартарӣ ва манфии ранг
Тарафдор
● Шумо метавонед онро бо ранг бинед! Ранг маълумоти пурарзишеро интиқол медиҳад, ки тафсири инсонро беҳтар мекунад, махсусан ҳангоми таҳлили намунаҳои биологӣ ё моддӣ.
● Гирифтани тасвирҳои рангаи RGB нисбат ба гирифтани тасвирҳои пайдарпайи R, G ва B бо истифода аз камераи монохромӣ хеле осонтар аст
Манфиатҳо
● Ҳассосияти камераҳои ранга дар муқоиса бо ҳамтоёни монохромӣ вобаста ба дарозии мавҷ ба таври назаррас коҳиш ёфтааст. Дар қисмати сурх ва кабуди спектр, аз сабаби танҳо аз чор як филтрҳои пикселӣ аз ин дарозии мавҷҳо, ҷамъоварии нур ҳадди аксар 25% камераи монохромии эквиваленти дар ин дарозии мавҷҳоро ташкил медиҳад. Дар ранги сабз, омил 50% аст. Илова бар ин, ҳеҷ гуна филтр комил нест: интиқоли қуллаи баланд аз 100% камтар хоҳад буд ва вобаста ба дарозии мавҷ метавонад хеле пасттар бошад.
● Ҳалли тафсилоти майда низ бадтар мешавад, зеро суръати интихоб бо ҳамин омилҳо коҳиш меёбад (то 25% барои R, B ва то 50% барои G). Дар мавриди пикселҳои сурх, ки танҳо 1 аз 4 пиксел нури сурхро мегирад, андозаи муассири пиксел барои ҳисоб кардани ҳалли ҳар як андоза 2 маротиба калонтар аст.
● Камераҳои ранга низ ҳамеша дорои филтри инфрасурх (IR) мебошанд. Ин ба қобилияти камераҳои кремний барои муайян кардани баъзе дарозии мавҷҳои ба чашми инсон ноаён, аз 700 нм то тақрибан 1100 нм вобаста аст. Агар ин нури IR филтр карда намешуд, он ба тавозуни сафед таъсир мерасонад, ки боиси таҷдиди рангҳои нодуруст мегардад ва тасвире, ки бо чашм дида мешавад, мувофиқат намекунад. Аз ин рӯ, ин нури IR бояд филтр карда шавад, яъне камераҳои ранга наметавонанд барои барномаҳои тасвирӣ истифода шаванд, ки ин дарозии мавҷҳоро истифода мебаранд.
Камераҳои ранга чӣ гуна кор мекунанд?
Намунаи каҷи самаранокии квантии камераи рангин
ШАРҲ: Вобастагии мавҷ аз самаранокии квантӣ барои пикселҳо бо филтри сурх, кабуд ва сабз алоҳида нишон дода шудааст. Инчунин самаранокии квантии ҳамон сенсор бе филтрҳои рангӣ нишон дода шудааст. Илова кардани филтрҳои рангӣ самаранокии квантиро ба таври назаррас коҳиш медиҳад.
Асоси камераи рангаи илмӣ сенсори тасвирии он аст, маъмулан аКамераи CMOS or камераи sCMOS(CMOS-и илмӣ), ки бо филтри Байер муҷаҳҳаз шудааст. Ҷараёни кор аз гирифтани фотон то баромади тасвир якчанд қадамҳои калидиро дар бар мегирад:
1. Муайянкунии фотон: Нур ба линза ворид шуда, ба сенсор меафтад. Ҳар як пиксел ба дарозии мавҷи мушаххас дар асоси филтри рангии худ ҳассос аст.
2. Табдили заряд: Фотонҳо дар фотодиод дар зери ҳар як пиксел заряди барқро тавлид мекунанд.
3. Хондан ва пурқувваткунӣ: Пардохтҳо ба шиддатҳо табдил дода мешаванд, сатр ба сатр хонда мешаванд ва тавассути табдилдиҳандаҳои аналогӣ ба рақамӣ рақамӣ карда мешаванд.
4. Барқарорсозии ранг: Протсессори борти камера ё нармафзори беруна тасвири пурраи рангро аз маълумоти филтршуда бо истифода аз алгоритмҳои demosaicing интерполятсия мекунад.
5. Ислоҳи тасвир: Қадамҳои пас аз коркард, ба монанди ислоҳи майдони ҳамвор, тавозуни сафед ва кам кардани садо барои таъмин намудани баромади дақиқ ва боэътимод истифода мешаванд.
Фаъолияти камераи ранга аз технологияи сенсории он вобаста аст. Сенсорҳои муосири камераи CMOS суръати чаҳорчӯбаи зуд ва садои пастро пешниҳод мекунанд, дар ҳоле ки сенсорҳои sCMOS барои ҳассосияти нури кам ва диапазони васеи динамикӣ оптимизатсия шудаанд, ки барои кори илмӣ муҳиманд. Ин асосҳо барои муқоисаи камераҳои ранга ва монохромӣ замина гузоштанд.
Камераҳои ранга ва камераҳои монохромӣ: Фарқиятҳои асосӣ
Муқоиса байни тасвирҳои камераи ранга ва монохромӣ барои кори нури кам
ШАРҲ: Тасвири флуоресцентӣ бо паҳншавии дарозии мавҷи сурх аз ҷониби камераи ранга (аз чап) ва камераи монохромӣ (аз рост) муайян карда шудааст, ки хусусиятҳои дигари камера бетағйир боқӣ мемонанд. Тасвири ранга таносуби сигнал ба садо ва ҳалли хеле пастро нишон медиҳад.
Гарчанде ки камераҳои ранга ва монохромӣ ҷузъҳои зиёдеро тақсим мекунанд, фарқияти онҳо дар кор ва ҳолатҳои истифодаи онҳо назаррас аст. Инак як муқоисаи зуд:
| Хусусият | Камераи ранга | Камераи монохромӣ |
| Навъи сенсор | CMOS/sCMOS аз ҷониби Байер филтршуда | CMOS/sCMOS филтрнашуда |
| Ҳассосияти рӯшноӣ | Поёнтар (аз сабаби филтрҳои ранг, ки нурро манъ мекунанд) | Баландтар (ба филтрҳо нур гум нашудааст) |
| Ҳалли фазоӣ | Ҳалли самараноки пасттар (демозайкатсия) | Қарори пурраи ватанӣ |
| Барномаҳои идеалӣ | Микроскопияи Brightfield, гистология, санҷиши мавод | Флуоресцентсия, тасвири нури кам, андозагирии дақиқи баланд |
| Маълумоти ранг | Маълумоти пурраи RGB-ро мегирад | Танҳо хокистаррангро сабт мекунад |
Хулоса, камераҳои ранга беҳтар аст, вақте ки ранг барои тафсир ё таҳлил муҳим аст, дар ҳоле ки камераҳои монохромӣ барои ҳассосият ва дақиқ беҳтаринанд.
Дар куҷо камераҳои ранга Excel дар барномаҳои илмӣ
Сарфи назар аз маҳдудиятҳои худ, камераҳои ранга дар бисёр соҳаҳои махсусгардонидашуда, ки фарқияти ранг муҳим аст, бартарӣ доранд. Дар зер чанд мисоле ҳастанд, ки онҳо дар куҷо дурахшиданд:
Илмҳои ҳаёт ва микроскопия
Камераҳои ранга одатан дар микроскопияи равшанӣ, махсусан дар таҳлили гистологӣ истифода мешаванд. Усулҳои рангкунӣ ба монанди рангкунии H&E ё Gram контрасти рангро ба вуҷуд меоранд, ки онро танҳо бо тасвири RGB шарҳ додан мумкин аст. Лабораторияҳои таълимӣ ва шӯъбаҳои патологӣ инчунин ба камераҳои ранга такя мекунанд, то тасвирҳои воқеии намунаҳои биологиро барои таълим ё истифодаи ташхис сабт кунанд.
Маводшиносӣ ва таҳлили рӯизаминӣ
Дар таҳқиқоти мавод, тасвири рангӣ барои муайян кардани зангзанӣ, оксидшавӣ, рӯйпӯшҳо ва сарҳадҳои моддӣ арзишманд аст. Камераҳои ранга барои ошкор кардани вариантҳои нозуки сатҳи рӯизаминӣ ё нуқсонҳое, ки тасвири монохромӣ метавонад аз даст надиҳад, кӯмак мекунад. Масалан, арзёбии маводи таркибӣ ё тахтаҳои чопӣ аксар вақт тасвири дақиқи рангро талаб мекунад.
Намоиши мошин ва автоматизатсия
Дар системаҳои автоматии санҷиш камераҳои ранга барои ҷудокунии объектҳо, ошкор кардани камбудиҳо ва санҷиши тамғагузорӣ истифода мешаванд. Онҳо ба алгоритмҳои биниши мошин имкон медиҳанд, ки қисмҳо ё маҳсулотро дар асоси аломатҳои ранг тасниф кунанд ва дақиқии автоматикунониро дар истеҳсолот афзоиш диҳанд.
Таълим, ҳуҷҷатгузорӣ ва аутрич
Муассисаҳои илмӣ аксар вақт барои нашрияҳо, пешниҳодҳои грантӣ ва таблиғ тасвирҳои рангаи баландсифатро талаб мекунанд. Тасвири ранга муаррифии бештари интуитивӣ ва визуалӣ ҷолиби маълумоти илмиро таъмин мекунад, махсусан барои иртиботи байнисоҳавӣ ё ҷалби омма.
Фикрҳои ниҳоӣ
Камераҳои илмии ранга дар ҷараёни кории муосири тасвирӣ, ки фарқияти ранг муҳим аст, нақши муҳим доранд. Гарчанде ки онҳо метавонанд ба камераҳои монохромӣ дар ҳассосият ё ҳалли хом мувофиқат накунанд, қобилияти онҳо барои расонидани тасвирҳои табиӣ ва тафсиршаванда онҳоро дар соҳаҳои аз илмҳои ҳаёт то санҷиши саноатӣ ҳатмӣ месозад.
Ҳангоми интихоби ранг ва монохром, ҳадафҳои тасвирии худро ба назар гиред. Агар аризаи шумо иҷрои нури кам, ҳассосияти баланд ё муайянкунии флуоресцентро талаб кунад, камераи илмии монохромӣ метавонад беҳтарин варианти шумо бошад. Аммо барои тасвири майдони равшан, таҳлили моддӣ ё ҳама гуна вазифае, ки иттилооти ранга дорад, ҳалли ранг метавонад беҳтарин бошад.
Барои омӯхтани системаҳои пешрафтаи тасвири ранга барои тадқиқоти илмӣ, маҷмӯи пурраи камераҳои CMOS-и баландсифат ва моделҳои sCMOS-ро, ки ба эҳтиёҷоти шумо мутобиқ карда шудаанд, аз назар гузаронед.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Ҳама ҳуқуқҳо ҳифз шудаанд. Ҳангоми истинод, лутфан манбаъро тасдиқ кунед:www.tucsen.com
