25/08/20Ilmiy kamerani baholashda texnik xususiyatlar juda katta bo'lishi mumkin - piksel o'lchami, kvant samaradorligi, dinamik diapazon va boshqalar. Ushbu xususiyatlar orasida bit chuqurligi sizning kamerangiz qancha ma'lumot olishi mumkinligini va uning nozik tafsilotlarni qanchalik ishonchli aks ettirishini aniqlash uchun eng muhimlaridan biridir.
Yorqinlikning nozik o'zgarishlari muhim ma'lumotlarni aks ettirishi mumkin bo'lgan ilmiy tasvirlashda bit chuqurligini tushunish ixtiyoriy emas - bu juda muhim.
Ushbu maqolada bit chuqurligi nima ekanligini, uning tasvir sifatiga qanday ta'sir qilishini, uning ma'lumotlarning aniqligidagi rolini va ilovangiz uchun to'g'ri bit chuqurligini qanday tanlashni tushuntiradi.
Bit chuqurligi: tasvir pikselidagi maksimal kulrang daraja soni
Ilmiy kamera bilan ishlaganda, bit chuqurligi har bir piksel qancha aniq intensivlik qiymatlarini yozishi mumkinligini belgilaydi. Bu juda muhim, chunki ilmiy tasvirlashda har bir pikselning qiymati to'g'ridan-to'g'ri o'lchangan miqdorga mos kelishi mumkin, masalan, fotonlar soni yoki floresans intensivligi.
Bit chuqurligi har bir piksel intensivlik qiymatlarini saqlash uchun foydalanadigan ikkilik raqamli ma'lumotlarning "bitlari" sonini ko'rsatadi, bu erda 8 bit bir baytni tashkil qiladi. Kulrang darajaning maksimal qiymati quyidagicha aniqlanadi:
Maksimal kulrang darajalar = 2^(Bit chuqurlik)
Masalan:
● 8-bit = 256 daraja
● 12-bit = 4096 daraja
● 16-bit = 65536 daraja
Ko'proq kulrang darajalar nozik yorqinlik gradatsiyalarini va nozik farqlarni aniqroq ko'rsatishga imkon beradi, bu zaif signallarni o'lchash yoki miqdoriy tahlilni amalga oshirishda muhim bo'lishi mumkin.
Bit chuqurligi va tezligi
Bit chuqurligini oshirish analog-raqamli konvertorlar (ADC) har bir o'lchov uchun ko'proq bit chiqishi kerakligini anglatadi. Bu odatda soniyada o'lchovlarini kamaytirishni talab qiladi, ya'ni kameraning kadr tezligini kamaytirish.
Shu sababli, ko'pchilikilmiy kameralarikkita sotib olish rejimini taklif qiling:
● Yuqori bit chuqurligi rejimi - Bu odatda yuqori dinamik diapazonni taklif qiladi. Floresan mikroskopiya yoki spektroskopiya kabi ilovalar uchun tonal ruxsat va dinamik diapazonga ustunlik beradi.
● Yuqori tezlik rejimi - Bu yuqori tezlikda tasvirlashda tezkor hodisalar uchun zarur bo'lgan tezroq kadr tezligi foydasiga bit chuqurligini pasaytiradi.
Ushbu kelishuvni bilish sizga tasvir maqsadlaringizga mos keladigan rejimni tanlashga yordam beradi - aniqlik va vaqtinchalik ruxsat.
Bit chuqurligi va dinamik diapazon
Bit chuqurligini dinamik diapazon bilan chalkashtirib yuborish odatiy holdir, lekin ular bir xil emas. Bit chuqurligi mumkin bo'lgan yorqinlik darajalari sonini belgilaydi, dinamik diapazon esa eng zaif va eng yorqin aniqlanadigan signallar o'rtasidagi nisbatni tavsiflaydi.
Ikkisi o'rtasidagi munosabatlar kamerani kuchaytirish sozlamalari va o'qish shovqini kabi qo'shimcha omillarga bog'liq. Aslida, dinamik diapazon "samarali bitlar" da ifodalanishi mumkin, ya'ni shovqin ishlashi foydalanish mumkin bo'lgan tasvir ma'lumotlariga hissa qo'shadigan bitlar sonini kamaytirishi mumkin.
Kamerani tanlash uchun, bu bittasi ikkinchisini to'liq belgilaydi deb o'ylamasdan, ikkala bit chuqurligini va dinamik diapazonni birgalikda baholashingiz kerakligini anglatadi.
Har bir kamera ramkasi uchun zarur bo'lgan ma'lumotlarni saqlash baytlarini (siqishnisiz) quyidagicha hisoblash mumkin:
Ma'lumotlarni saqlash
Bundan tashqari, TIFF kabi ba'zi fayl formatlari 9-16-bitli ma'lumotlarni 16-bitli "o'ram" ichida saqlaydi. Bu sizning rasmingiz faqat 12 bitdan foydalansa ham, saqlash maydoni to'liq 16 bitli tasvir bilan bir xil bo'lishi mumkinligini anglatadi.
Katta ma'lumotlar to'plamlari bilan ishlaydigan laboratoriyalar uchun bu amaliy ahamiyatga ega: yuqori bit chuqurlikdagi tasvirlar ko'proq disk maydoni, ko'proq uzatish vaqtlari va qayta ishlash uchun ko'proq hisoblash quvvatini talab qiladi. Aniqlik ehtiyojlarini ma'lumotlarni boshqarish qobiliyati bilan muvozanatlash samarali ish jarayoni uchun juda muhimdir.
Bit chuqurligi tasvir sifatiga qanday ta'sir qiladi
Rasm: Bit chuqurligi misollari
ESLATMA: Bit chuqurligi tushunchasining tasviri. Bit chuqurligini kamaytirish tasvirni ko'rsatish uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan intensivlik bosqichlari sonini kamaytiradi.
Bit chuqurligi ilmiy kamerada tasvir sifatining bir necha jihatlariga bevosita ta'sir qiladi.
Dinamik diapazon
Yuqori bit chuqurligi soyalar va yorug'likdagi tafsilotlarni saqlab, ko'proq yorqinlik darajasini oladi.
Masalan, lyuminestsent mikroskopda xira xususiyatlar 8 bitli tasvirda deyarli ko'rinmasligi mumkin, lekin 16 bitli suratga olishda aniqroq bo'ladi.
Yumshoq tonal gradatsiyalar
Yuqori bit chuqurliklari yorqinlik darajalari o'rtasida silliq o'tishga imkon beradi va gradientlarda "bandlash" dan qochadi. Bu, ayniqsa, miqdoriy tahlilda muhim ahamiyatga ega, bu erda keskin sakrashlar natijalarni buzishi mumkin.
Signal-to-shovqin nisbati (SNR) vakili
Bit chuqurligi sensorning SNR ni to'g'ridan-to'g'ri oshirmasa-da, bu kameraga shovqin qavati ustidagi nozik signal o'zgarishlarini aniqroq ko'rsatishga imkon beradi.
Sensorning SNR ko'rsatkichi bit chuqurligi tomonidan taqdim etilgan ruxsatdan pastroq bo'lsa, bu qo'shimcha bitlar haqiqiy tasvir sifatiga hissa qo'shmasligi mumkin - bu yodda tutish kerak bo'lgan omil.
Misol:
●8 bitli tasvir: Soyalar birlashadi, zaif xususiyatlar yo'qoladi va nozik o'zgarishlar yo'qoladi.
●16 bitli tasvir: Gradatsiyalar uzluksiz, zaif tuzilmalar saqlanib qoladi va miqdoriy o'lchovlar ishonchliroq.
Ilmiy tasvirlashda bit chuqurligi va ma'lumotlarning aniqligi
Ilmiy tasvirlashda tasvir shunchaki rasm emas, balki ma'lumotdir. Har bir pikselning qiymati o'lchanadigan miqdorga mos kelishi mumkin, masalan, fotonlar soni, floresans intensivligi yoki spektral quvvat.
Yuqori bit chuqurligi kvantlash xatosini kamaytiradi - analog signal diskret darajalarga raqamlanganda yuzaga keladigan yaxlitlash xatosi. Ko'proq darajalar mavjud bo'lganda, pikselga tayinlangan raqamli qiymat haqiqiy analog signalga yaqinroq mos keladi.
Nima uchun bu muhim
● Floresan mikroskopida yorqinlikdagi bir bosqichli farq oqsil kontsentratsiyasining sezilarli o‘zgarishini ko‘rsatishi mumkin.
● Astronomiyada, agar bit chuqurligi juda past bo'lsa, uzoqdagi yulduzlar yoki galaktikalardan zaif signallar yo'qolishi mumkin.
● Spektroskopiyada yuqori bit chuqurligi yutilish yoki emissiya chiziqlarini aniqroq o'lchashni ta'minlaydi.
16-bitli chiqishga ega sCMOS kamerasi pastroq bit chuqurligidagi tizimda ko'rinmaydigan nozik farqlarni yozib olishi mumkin, bu esa miqdoriy aniqlikni talab qiluvchi ilovalar uchun zarurdir.
Sizga qancha bit chuqurlik kerak?
Ko'pgina ilovalar yuqori signal darajalarini va yuqori dinamik diapazonni talab qiladi, bu holda yuqori bit chuqurligi (14-bit, 16-bit yoki undan ko'p) foydali bo'lishi mumkin.
Odatda kam yorug'lik bilan tasvirlashda mavjud bit chuqurligi ko'p hollarda erishilgandan ko'ra ancha yuqori to'yinganlik intensivligini ta'minlaydi. Ayniqsa, 16 bitli kameralar uchun, agar daromad ayniqsa yuqori bo'lmasa, to'liq 16 bitli diapazon kamdan-kam hollarda kerak bo'ladi.
Yuqori tezlikdagi kameralar yoki kamera rejimlari atigi 8 bitli bo'lishi mumkin, bu esa ancha cheklovli bo'lishi mumkin, ammo 8 bitli rejimlarni yoqishi mumkin bo'lgan yuqori tezliklar ko'pincha savdoni foydali qiladi. Kamera ishlab chiqaruvchilari o'zgaruvchan daromad sozlamalari orqali turli tasvirlash ilovalarining odatiy signal darajalariga dosh berish uchun 8 bitli rejimlarning ko'p qirraliligini oshirishi mumkin.
Ilovangiz uchun to'g'ri bit chuqurligini tanlash
Bit chuqurligini umumiy ilmiy tasvirlash stsenariylariga moslashtirish uchun qisqacha ma'lumot:
| Ilova | Tavsiya etilgan bit chuqurligi | Sabab |
| Floresan mikroskopiyasi | 16-bit | Zaif signallarni va nozik intensivlik farqlarini aniqlang |
| Astronomiya tasviri | 14-16 bit | Kam yorug'lik sharoitida yuqori dinamik diapazonni suratga oling |
| Sanoat inspektsiyasi | 12-14-bit | Kichik nuqsonlarni aniqlik bilan aniqlang |
| Umumiy hujjatlar | 8-bit | Miqdoriy bo'lmagan maqsadlar uchun etarli |
| Spektroskopiya | 16-bit | Spektral ma'lumotlarning nozik o'zgarishlarini saqlang |
Savdolar:
●Yuqori bit chuqurligi= yaxshiroq tonal aniqlik va aniqlik, lekin kattaroq fayllar va uzoqroq ishlov berish vaqtlari.
●Pastki bit chuqurligi= tezroq olish va kichikroq fayllar, lekin nozik tafsilotlarni yo'qotish xavfi.
Bit chuqurligi va boshqa kamera xususiyatlari
Bit chuqurligi muhim bo'lsa-da, ilmiy kamerani tanlashda bu jumboqning faqat bir qismidir.
Sensor turi (CCD va CMOS va sCMOS)
● Turli sensor arxitekturalari turli o'qish shovqinlari, dinamik diapazon va kvant samaradorligiga ega. Masalan, kvant samaradorligi past bo'lgan yuqori bitli chuqurlikdagi sensor hali ham kam yorug'likdagi tasvirlarda kurash olib borishi mumkin.
Kvant samaradorligi (QE)
● QE sensorning fotonlarni elektronga qanchalik samarali aylantirishini belgilaydi. Yuqori QE zaif signallarni olish uchun juda muhimdir va etarli bit chuqurligi bilan bog'langanda ma'lumotlarning aniqligini maksimal darajada oshiradi.
Dinamik diapazon
● Kameraning dinamik diapazoni bir vaqtning o‘zida suratga olishi mumkin bo‘lgan eng zaif va yorqin signallar orasidagi masofani aniqlaydi. Yuqori dinamik diapazon ushbu yorqinlik darajalarini ifodalay oladigan bir oz chuqurlik bilan mos kelganda eng foydali bo'ladi.
Eslatma:
Boshqa tizim cheklovlari (shovqin yoki optika kabi) haqiqiy muammo bo'lsa, yuqori bit chuqurligi tasvir sifatini yaxshilamaydi.
Misol uchun, juda kam shovqinli 8-bitli kamera ba'zi ilovalarda shovqinli 16-bitli tizimdan ustun bo'lishi mumkin.
Xulosa
Ilmiy tasvirlashda bit chuqurligi texnik tavsifdan ko'ra ko'proq - bu aniq, ishonchli ma'lumotlarni olishning asosiy omilidir.
Mikroskopda zaif tuzilmalarni aniqlashdan tortib astronomiyada uzoq galaktikalarni yozib olishgacha, to'g'ri bit chuqurligi ilmiy kamerangiz tadqiqotingiz bog'liq bo'lgan tafsilotlar va o'lchovlarni saqlab qolishini ta'minlaydi.
Kamera tanlashda:
1. Bit chuqurligini ilovangizning aniqlik ehtiyojlariga moslang.
2. Buni kvant samaradorligi, shovqin va dinamik diapazon kabi boshqa muhim xususiyatlar bilan bir qatorda ko'rib chiqing.
3. Esda tutingki, tizimingiz undan foydalanishi mumkin bo'lsa, yuqori bit chuqurligi eng qimmatlidir.
Agar siz izlayotgan bo'lsangizCMOS kamera orsCMOS kamerayuqori bit chuqurlikdagi ilmiy tasvirlash uchun moʻljallangan, aniqlik, ishonchlilik va maʼlumotlar aniqligi uchun ishlab chiqilgan modellar qatorimizni oʻrganing.
Tez-tez so'raladigan savollar
Ilmiy tasvirlashda 12-bit, 14-bit va 16-bit oʻrtasidagi amaliy farq nima?
Amaliy ma'noda, 12-bitli (4096 daraja) dan 14-bitga (16384 daraja) va keyin 16-bitga (65536 daraja) o'tish yorqinlik qiymatlari o'rtasidagi farqni bosqichma-bosqich oshirish imkonini beradi.
● 12-bit yorug'lik yaxshi nazorat qilinadigan ko'plab sanoat va hujjat ilovalari uchun etarli.
● 14-bit aniqlik va boshqariladigan fayl hajmining yaxshi muvozanatini taklif qiladi, ko'pgina laboratoriya ish oqimlari uchun ideal.
● 16-bit yorug'lik darajasi past, yuqori dinamik diapazonli stsenariylarda, masalan, floresan mikroskopiya yoki astronomik tasvirlashda ustunlik qiladi, bu erda yorqin tafsilotlarni yo'qotmasdan zaif signallarni yozib olish qobiliyati juda muhimdir.
Biroq, esda tutingki, kameraning sensor shovqini va dinamik diapazoni ushbu qo'shimcha tonal qadamlardan foydalanish uchun etarli darajada yaxshi bo'lishi kerak - aks holda, foyda ko'rilmasligi mumkin.
Yuqori bit chuqurligi har doim yaxshi tasvirlarga olib keladimi?
Avtomatik emas. Bit chuqurligi potentsial tonal ruxsatni aniqlaydi, lekin haqiqiy tasvir sifati boshqa omillarga bog'liq, jumladan:
● Sensor sezgirligi (kvant samaradorligi)
● Oʻqish shovqini
● Optika sifati
● Yoritish barqarorligi
Masalan, yuqori shovqinli 16-bitli CMOS kamerasi maʼlum sharoitlarda past shovqinli 12-bitli sCMOS kamerasidan koʻra foydaliroq tafsilotlarni ushlay olmaydi. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, yuqori bit chuqurligi yaxshi optimallashtirilgan tasvirlash tizimi bilan bog'langanda eng foydali bo'ladi.
Muhim ma'lumotlarni yo'qotmasdan yuqori bitli chuqurlikdagi tasvirdan namuna olishim mumkinmi?
Ha - aslida, bu odatiy amaliyotdir. Yuqori bit chuqurlikda suratga olish sizga keyingi ishlov berish va miqdoriy tahlil uchun moslashuvchanlikni beradi. Keyinchalik toʻliq maʼlumotlar toʻplamini saqlamasdan tahlil natijalarini saqlab, taqdimot yoki arxivlash uchun namunani 8-bitga tushirishingiz mumkin. Qayta tahlil qilish zarurati tug'ilsa, yuqori bitli chuqurlikdagi asl fayllar bir joyda saqlanganligiga ishonch hosil qiling.
Bit chuqurligi miqdoriy ilmiy o'lchovlarda qanday rol o'ynaydi?
Miqdoriy tasvirlashda bit chuqurligi to'g'ridan-to'g'ri piksel qiymatlari haqiqiy signal intensivligini qanchalik aniq ifodalashiga ta'sir qiladi. Bu juda muhim:
● Mikroskopiya - hujayra darajasida floresans intensivligi o'zgarishini o'lchash.
● Spektroskopiya - yutilish/emissiya chiziqlaridagi nozik siljishlarni aniqlash.
● Astronomiya - uzoq vaqt davomida ta'sir qilishda zaif yorug'lik manbalarini yozib olish.
Bunday hollarda, bit chuqurligining etarli emasligi yaxlitlash xatolariga yoki signalni kesishga olib kelishi mumkin, bu esa ma'lumotlarni noto'g'ri talqin qilishga olib keladi.
Qo'shimcha ma'lumot olishni xohlaysizmi? Tegishli maqolalarni ko'rib chiqing:
[Dinamik diapazon] - Dinamik diapazon nima?
Ilmiy kameralarda kvant samaradorligi: yangi boshlanuvchilar uchun qo'llanma
Tucsen Photonics Co., Ltd. Barcha huquqlar himoyalangan. Iqtibos keltirayotganda manbani ko'rsating:www.tucsen.com
