ביט טיפקייט אין וויסנשאפטלעכע קאמעראס: ווי עס ווירקט אויף בילד קוואַליטעט און דאַטן אַקיעראַסי |

ווען מען עוואַלויִרט אַ וויסנשאַפטלעכע קאַמעראַ, קענען טעכנישע ספּעציפֿיקאַציעס זיין אָוווערוועלמינג — פּיקסעל גרייס, קוואַנטום עפעקטיווקייט, דינאַמיש קייט, און מער. צווישן די ספּעציפֿיקאַציעס, איז ביט טיפקייַט איינע פֿון די מערסט קריטישע פֿאַר באַשטימען וויפֿל אינפֿאָרמאַציע אייער קאַמעראַ קען כאַפּן און ווי געטרייַ עס רעפּרעזענטירט קליינע דעטאַלן.

אין וויסנשאפטלעכער בילדגעבונג, וואו קליינע וועריאציעס אין ברייטקייט קענען רעפרעזענטירן וויכטיגע דאטן, איז פארשטיין ביט טיפקייט נישט אפציאנאל - עס איז עסענציעל.

דער אַרטיקל דערקלערט וואָס ביט טיפקייט איז, ווי עס אַפעקטירט בילד קוואַליטעט, זיין ראָלע אין דאַטן אַקיעראַסי, און ווי צו קלייַבן די ריכטיק ביט טיפקייט פֿאַר דיין אַפּלאַקיישאַן.

ביט טיפקייט: די מאַקסימום גרוי לעוועל צייל אין אַ בילד פּיקסעל

ווען מען ארבעט מיט א וויסנשאפטלעכער קאמערא, דעפינירט ביט טיפקייט וויפיל באזונדערע אינטענסיטעט ווערטן יעדער פיקסל קען אויפנעמען. דאס איז קריטיש ווייל אין וויסנשאפטלעכער בילדגעבונג, קען יעדן פיקסל'ס ווערט קארעספאנדירן גלייך צו א געמאסטענער קוואנטיטעט, ווי פאטאן צייל אדער פלוארעסצענץ אינטענסיטעט.

די ביט טיפקייט ווייזט די נומער פון 'ביטס' פון בינארישע דיגיטאלע דאטן וואס יעדער פיקסל ניצט פארן אויפהיטן אינטענסיטעט ווערטן, וואו 8 ביטס פארמען איין בייט. דער מאקסימום גרוי לעוועל ווערט ווערט געגעבן דורך:

מאַקסימום גרוי לעוועלס = 2^(ביט טיפקייט)

למשל:

● 8-ביט = 256 לעוועלס
● 12-ביט = 4,096 לעוועלס
● 16-ביט = 65,536 לעוועלס

מער גרוי לעוועלס ערמעגלעכן פיינערע ברייטקייט גראַדאַציעס און מער גענויע רעפּרעזענטאַציע פון סאַטאַלע אונטערשיידן, וואָס קען זיין קריטיש ווען מעסטן שוואַכע סיגנאַלן אָדער דורכפירן קוואַנטיטאַטיווע אַנאַליז.

ביט טיפקייט און גיכקייט

פארגרעסערן די ביט טיפקייט מיינט אז די אנאלאג-צו-דיגיטאלע קאנווערטערן (ADCs) מוזן ארויסגעבן מער ביטס פער מעסטונג. דאס פארלאנגט געווענליך פון זיי צו רעדוצירן זייערע מעסטונגען פער סעקונדע – ד.ה., צו רעדוצירן די קאמערא פריים ראטע.

צוליב דעם, פילעוויסנשאפטלעכע קאַמעראַספאָרשלאָגן צוויי אַקוויזישאַן מאָדעס:

● הויך ביט טיפקייט מאָדע – דאָס אָפפערט טיפּיש העכערע דינאַמישע קייט. גיט פּרייאָריטעט צו טאָנאַלע רעזאָלוציע און דינאַמישע קייט פֿאַר אַפּליקאַציעס ווי פלואָרעסענס מיקראָסקאָפּיע אָדער ספּעקטראָסקאָפּיע.
● הויך-גיך מאָדע – דאָס רעדוצירט ביט טיפקייט לטובת שנעלערע ראַם ראַטעס, וואָס איז וויכטיק פֿאַר שנעלע געשעענישן אין הויך-גיך בילדער.

וויסן דעם קאָמפּראָמיס העלפֿט אײַך אויסקלײַבן דעם מאָדע וואָס שטימט מיט אײַערע בילדגעבונג צילן — פּרעציזיע קעגן טעמפּאָראַלע רעזאָלוציע.

ביט טיפקייט און דינאמישע קייט

ס'איז געוויינטלעך צו פארמישן ביט טיפקייט מיט דינאמישע ראיאן, אבער זיי זענען נישט אידענטיש. ביט טיפקייט דעפינירט די צאל מעגלעכע ברייטקייט לעוועלס, בשעת דינאמישע ראיאן באשרייבט די פראפארציע צווישן די שוואכסטע און העלסטע דעטעקטירבארע סיגנאלן.

די באַציִונג צווישן די צוויי איז אָפּהענגיק פֿון נאָך פֿאַקטאָרן ווי קאַמעראַ געווינס סעטטינגס און אויסלייענונג ראַש. אין פאַקט, דינאַמישע קייט קען אויסגעדריקט ווערן אין "עפֿעקטיווע ביטן," וואָס מיינט אַז ראַש פאָרשטעלונג קען רעדוצירן די צאָל ביטן וואָס ביישטייערן צו נוצלעכע בילד דאַטן.

פֿאַר קאַמעראַ אויסוואַל, דאָס מיינט אַז איר זאָלט אָפּשאַצן ביידע ביט טיפקייַט און דינאַמיש קייט צוזאַמען אַנשטאָט צו אָננעמען אַז איינער דעפינירט גאָר די אנדערע.

די בייטס פון דאַטן סטאָרידזש פארלאנגט פּער קאַמעראַ ראַם (אָן קאַמפּרעשאַן) קענען זיין קאַלקיאַלייטיד ווי:

דאַטן סטאָרידזש

דערצו, עטלעכע טעקע פֿאָרמאַטן — ווי TIFF — האַלטן 9- ביז 16-ביט דאַטן אין אַ 16-ביט "ראַפּער". דאָס מיינט אַז אפילו אויב דיין בילד ניצט בלויז 12 ביטן, קען די סטאָרידזש פֿוסדרוק זיין די זעלבע ווי אַ פול 16-ביט בילד.

פֿאַר לאַבאָראַטאָריעס וואָס האַנדלען מיט גרויסע דאַטאַסעץ, האָט דאָס פּראַקטישע אימפּליקאַציעס: העכערע ביט-טיפקייט בילדער פאָדערן מער דיסק פּלאַץ, לענגערע טראַנספער צייטן, און מער קאָמפּיוטינג מאַכט פֿאַר פּראַסעסינג. באַלאַנסירן פּרעציזיע באדערפענישן מיט דאַטן פאַרוואַלטונג קאַפּאַציטעט איז וויכטיק פֿאַר אַן עפעקטיוו וואָרקפלאָו.

ווי ביט טיפקייט ווירקט אויף בילד קוואַליטעט

פיגור: ביישפילן פון ביט טיפקייט

נאטיץ: אילוסטראציע פון דעם קאנצעפט פון ביט טיפקייט. רעדוצירן ביט טיפקייט פארקלענערט די צאל אינטענסיטעט טריט וואס קענען גענוצט ווערן צו ווייזן דאס בילד.

ביט טיפקייט האט א דירעקטן איינפלוס אויף עטלעכע אַספּעקטן פון בילד קוואַליטעט אין אַ וויסנשאַפטלעכער קאַמעראַ.

דינאַמישע ראַנגע

העכערע ביט טיפקייט כאפט מער ברייטקייט לעוועלס, און באשיצט דעטאלן אין שאטנס און כיילייץ.

למשל, אין פלואָרעסענץ מיקראָסקאָפּיע, קען זיין אַז טונקעלע שטריכן זענען קוים קענטיק אין אַ 8-ביט בילד אָבער זענען מער קלאָר אין אַ 16-ביט קאַפּטשער.

גלאַטערע טאָנאַל גראַדאַציעס

העכערע ביט טיפענישן ערלויבן גלאַטערע איבערגאַנגען צווישן ברייטקייט לעוועלס, און פֿאַרמייַדן "בענדינג" אין גראַדיענטן. דאָס איז ספּעציעל וויכטיק אין קוואַנטיטאַטיווער אַנאַליז, וואו פּלוצעמדיקע שפּרינגען קענען פֿאַרדרייען רעזולטאַטן.

סיגנאַל-צו-ראַש פאַרהעלטעניש (SNR) רעפּרעזענטאַציע

כאָטש ביט טיפקייט פאַרגרעסערט נישט גלייך אַ סענסאָר'ס SNR, עס ערמעגליכט די קאַמעראַ צו מער אַקיעראַט רעפּרעזענטירן סאַטאַל סיגנאַל ווערייישאַנז העכער דעם ראַש שטאָק.

אויב די סענסאר'ס SNR איז נידעריגער ווי די רעזאלוציע וואס ווערט געפֿינט דורך די ביט טיפקייט, קען זיין אז יענע עקסטרע ביטן וועלן נישט ביישטייערן צו דער אקטועלער בילד קוואַליטעט — א פאַקטאָר צו געדענקען.

בייַשפּיל:

●8-ביט בילדשאָטנס פֿאַרמישן זיך, שוואַכע שטריכן פֿאַרשווינדן, און קליינע ענדערונגען גייען פֿאַרלוירן.

●16-ביט בילדגראַדאַציעס זענען קאָנטינויִערלעך, שוואַכע סטרוקטורן זענען פּרעזערווירט, און קוואַנטיטאַטיווע מעסטונגען זענען מער פאַרלעסלעך.

ביט טיפקייט און דאטן גענויקייט אין וויסנשאפטלעכע בילדער

אין וויסנשאפטלעכער בילדגעבונג, איז א בילד נישט נאר א בילד — עס איז דאטן. יעדן פּיקסעל'ס ווערט קען קארעספאנדירן צו א מעסטבארע קוואַנטיטעט, ווי למשל פאָטאָן צייל, פלואָרעסצענץ אינטענסיטעט, אדער ספּעקטראַלע מאַכט.

העכערע ביט טיפקייט פארקלענערט קוואנטיזאציע טעות — די אפרונדע טעות וואס פאסירט ווען אן אנאלאג סיגנאל ווערט דידזשיטאליזירט אין דיסקרעטע לעוועלס. מיט מער לעוועלס פאראן, שטימט דער דידזשיטאל ווערט וואס ווערט צוגעטיילט צו א פיקסל נענטער מיטן אמתן אנאלאג סיגנאל.

פארוואס דאָס איז וויכטיק

● אין פלואָרעסענץ מיקראָסקאָפּיע, קען אַן איין-שטאַפּל חילוק אין העלקייט רעפּרעזענטירן אַ באַדייטנדיקע ענדערונג אין פּראָטעין קאָנצענטראַציע.
● אין אַסטראָנאָמיע, קענען שוואַכע סיגנאַלן פֿון ווײַטע שטערן אָדער גאַלאַקסיעס פֿאַרלוירן גיין אויב די ביט טיפֿקייט איז צו נידעריק.
● אין ספּעקטראָסקאָפּיע, אַ העכערע ביט טיפקייט זאָרגט פֿאַר מער פּינקטלעכע מעסטונגען פֿון אַבזאָרפּציע אָדער עמיסיע ליניעס.

א sCMOS קאַמעראַ מיט 16-ביט אַוטפּוט קען רעקאָרדירן קליינע אונטערשיידן וואָס וואָלטן זיין נישט קענטיק אין אַ נידעריקער ביט-טיפקייַט סיסטעם, מאַכנדיג עס וויכטיק פֿאַר אַפּלאַקיישאַנז וואָס דאַרפן קוואַנטיטאַטיווע אַקיעראַסי.

וויפיל ביט טיפקייט דארפסטו?

פילע אַפּליקאַציעס דאַרפן ביידע הויכע סיגנאַל לעוועלס און הויכע דינאַמישע קייט, אין וועלכן פאַל אַ הויכע ביט טיפקייט (14-ביט, 16-ביט אָדער מער) קען זיין נוצלעך.

געוויינטלעך אבער, מיט שוואַכע ליכט בילדער, וועט די פאַראַן ביט טיפקייט צושטעלן פיל העכערע זעטיקונג אינטענסיטעטן ווי מען וועט דערגרייכן אין רובֿ פאַלן. ספּעציעל פֿאַר 16-ביט קאַמעראַס, סיידן דער געווינס איז באַזונדער הויך, איז דער פולער 16-ביט קייט זעלטן נייטיק.

העכער-גיך קאַמעראַס אָדער קאַמעראַ מאָדעס קענען זיין נאָר 8-ביט, וואָס קען זיין מער לימיטירנדיק, כאָטש די העכערע גיכן וואָס 8-ביט מאָדעס קענען דערמעגלעכן מאַכן אָפט דעם קאָמפּראָמיס ווערטפול. קאַמעראַ פאַבריקאַנטן קענען פאַרגרעסערן די ווערסאַטילאַטי פון 8-ביט מאָדעס צו קאָפּע מיט די טיפּישע סיגנאַל לעוועלס פון פאַרשידענע בילדגעבונג אַפּלאַקיישאַנז דורך טוישנדיק געווינס סעטטינגס.

טשוזינג די ריכטיקע ביט טיפקייט פֿאַר דיין אַפּלאַקיישאַן

דאָ איז אַ שנעלע רעפֿערענץ פֿאַר צופּאַסן ביט טיפקייט צו געוויינטלעכע וויסנשאַפטלעכע בילדגעבונג סצענאַרן:

אַפּליקאַציע	רעקאָמענדירטע ביט טיפקייט	סיבה
פלואָרעסענס מיקראָסקאָפּיע	16-ביט	דעטעקטירן שוואַכע סיגנאַלן און סאַטאַל אינטענסיטי אונטערשיידן
אַסטראָנאָמיע בילדער	14–16-ביט	כאַפּן הויך דינאַמיש קייט אין נידעריק-ליכט באדינגונגען
אינדוסטריעלע אינספּעקציע	12–14-ביט	ידענטיפיצירן קליינע חסרונות מיט קלארקייט
אַלגעמיינע דאָקומענטאַציע	8-ביט	גענוג פֿאַר נישט-קוואַנטיטאַטיווע צוועקן
ספּעקטראָסקאָפּיע	16-ביט	באַוואָרן קליינע וואַריאַציעס אין ספּעקטראַל דאַטן

האַנדל-אָפס:

●העכערע ביסל טיפקייט= בעסערע טאָנאַלע רעזאָלוציע און אַקיעראַסי, אָבער גרעסערע טעקעס און לענגערע פּראַסעסינג צייטן.

●נידעריקער ביסל טיפקייט= שנעלערע אַקוויזיציע און קלענערע טעקעס, אָבער ריזיקירן פון פאַרלירן סאַטאַל דעטאַילס.

ביט טיפקייט קעגן אנדערע קאַמעראַ ספּעקס

כאָטש ביט טיפקייט איז וויכטיק, איז עס נאָר איין שטיקל פונעם רעטעניש ווען מען קלייבט אַ וויסנשאַפטלעכע קאַמעראַ.

סענסאָר טיפּ (CCD קעגן CMOS קעגן sCMOS)

● פֿאַרשידענע סענסאָר אַרכיטעקטורן האָבן פֿאַרשידענע אויסלייענונג ראַש, דינאַמיש קייט, און קוואַנטום עפעקטיווקייט. למשל, אַ הויך-ביט-טיפקייַט סענסאָר מיט שלעכט קוואַנטום עפעקטיווקייט קען נאָך האָבן שוועריקייטן אין נידעריק-ליכט בילדער.

קוואַנטום עפעקטיווקייט (QE)

● QE דעפינירט ווי עפעקטיוו א סענסאר קאנווערטירט פאטאנען אין עלעקטראנען. הויכע QE איז קריטיש פארן כאפן שוואכע סיגנאלן, און ווען געפארבט מיט גענוג ביט טיפקייט, מאקסימיזירט עס די דאטן גענויקייט.

דינאַמישע ראַנגע

● א קאַמעראַ'ס דינאַמישע ראַנגע באַשטימט דעם שפּאַן צווישן די שוואַכסטע און העלסטע סיגנאַלן וואָס זי קען כאַפּן סיימאַלטייניאַסלי. אַ העכערע דינאַמישע ראַנגע איז מערסט נוצלעך ווען עס ווערט צוגעפּאַסט צו אַ ביט טיפקייט וואָס קען רעפּרעזענטירן די העלקייט לעוועלס.

נאטיץ:

א העכערע ביט טיפקייט וועט נישט פארבעסערן בילד קוואַליטעט אויב אַנדערע סיסטעם לימיטיישאַנז (ווי ראַש אָדער אָפּטיק) זענען דער עכטער פלאַשנעק.

למשל, אַן 8-ביט קאַמעראַ מיט זייער נידעריק ראַש קען איבערטרעפן אַ ראַשפולע 16-ביט סיסטעם אין עטלעכע אַפּליקאַציעס.

מסקנא

אין וויסנשאפטלעכער בילדגעבונג, איז ביט טיפקייט מער ווי א טעכנישע ספעציפיקאציע — עס איז א פונדאַמענטאַלער פאַקטאָר אין כאַפּן גענויע, פאַרלעסלעכע דאַטן.

פֿון דעטעקטירן שוואַכע סטרוקטורן אין מיקראָסקאָפּיע ביז רעקאָרדירן ווײַטע גאַלאַקסיעס אין אַסטראָנאָמיע, די ריכטיקע ביט טיפקייט זאָרגט דערפֿאַר אַז אײַער וויסנשאַפֿטלעכע קאַמעראַ זאָל באַהאַלטן די דעטאַלן און מעסטונגען אויף וועלכע אײַער פֿאָרשונג איז אָפּהענגיק.

ווען איר קלייבט אויס א קאמערא:

1. צופּאַסן די ביט טיפקייט צו די פּרעציזיע באדערפענישן פון אייער אַפּליקאַציע.
2. באַטראַכט עס צוזאַמען מיט אַנדערע קריטישע ספּעקס ווי קוואַנטום עפעקטיווקייט, ראַש און דינאַמיש קייט.
3. געדענקט אז העכערע ביט טיפקייט איז מערסט ווערטפול ווען אייער סיסטעם קען עס אויסנוצן.

אויב איר זוכט אַCMOS קאַמעראַ orsCMOS קאַמעראַדיזיינד פֿאַר הויך-ביט-טיפקייט וויסנשאפטלעכע בילדער, אויספאָרשן אונדזער קייט פון מאָדעלס וואָס זענען אינזשענירט פֿאַר פּינקטלעכקייט, פאַרלעסלעכקייט און דאַטן אַקיעראַסי.

אָפֿט געשטעלטע פֿראַגעס

וואָס איז דער פּראַקטישער אונטערשייד צווישן 12-ביט, 14-ביט און 16-ביט אין וויסנשאַפטלעכער בילדגעבונג?

אין פראקטישע טערמינען, דער שפרונג פון 12-ביט (4,096 לעוועלס) צו 14-ביט (16,384 לעוועלס) און דערנאך צו 16-ביט (65,536 לעוועלס) ערמעגליכט א פראגרעסיוו פיינערע אונטערשיידונג צווישן ליכטיקייט ווערטן.

● 12-ביט איז גענוג פֿאַר פילע אינדוסטריעלע און דאָקומענטאַציע אַפּליקאַציעס וואו לייטינג איז גוט קאָנטראָלירט.
● 14-ביט אָפפערט אַ גוטע באַלאַנס פון פּינקטלעכקייט און פאַרוואַלטבאַרע טעקע גרייס, ידעאַל פֿאַר רובֿ לאַבאָראַטאָריע וואָרקפלאָוז.
● 16-ביט איז אויסגעצייכנט אין נידריג-ליכט, הויך-דינאמיש-קייט סצענאַרן ווי פלואָרעסענס מיקראָסקאָפּיע אָדער אַסטראָנאָמישע בילדער, וואו די מעגלעכקייט צו רעקאָרדירן שוואַכע סיגנאַלן אָן פאַרלירן העלע דעטאַלן איז קריטיש.

אבער, געדענקט אז די קאמערא'ס סענסאר ראַש און דינאמישע קייט מוז זיין גוט גענוג צו נוצן די עקסטרע טאָנאַלע טריט — אַנדערש קען מען נישט איינפירן די בענעפיטן.

צי רעזולטירט העכערע ביט טיפקייט שטענדיק אין בעסערע בילדער?

נישט אויטאָמאַטיש. ביט טיפקייט באַשטימט פּאָטענציעלע טאָנאַלע רעזאָלוציע, אָבער די פאַקטישע בילד קוואַליטעט דעפּענדס אויף אַנדערע סיבות, אַרייַנגערעכנט:

● סענסאָר סענסיטיוויטי (קוואַנטום עפעקטיווקייט)
● אויסלייענונג ראַש
● אָפּטיק קוואַליטעט
● באַלויכטונג סטאַביליטעט

למשל, א הויך-גערויש 16-ביט CMOS קאַמעראַ קען נישט כאַפּן מער נוצלעכע דעטאַלן ווי אַ נידעריק-גערויש 12-ביט sCMOS קאַמעראַ אין געוויסע באַדינגונגען. מיט אַנדערע ווערטער, העכערע ביט טיפקייט איז מערסט נוצלעך ווען געפּאָרט מיט אַ גוט-אָפּטימיזירט בילד-געבונג סיסטעם.

קען איך דאונסאַמפּלען פֿון אַ הויך-ביט-טיפקייט בילד אָן פֿאַרלירן וויכטיקע דאַטן?

יא — אין פאַקט, דאָס איז אַ געוויינטלעכע פּראַקטיק. כאַפּן ביי אַ העכערער ביט טיפקייט גיט אײַך בייגיקייט פֿאַר נאָך-פּראַסעסינג און קוואַנטיטאַטיווע אַנאַליז. איר קענט שפּעטער אַראָפּ-סאַמפּלען צו 8-ביט פֿאַר פּרעזענטאַציע אָדער אַרכיווירונג, און האַלטן די אַנאַליז רעזולטאַטן אָן צו האַלטן דעם גאַנצן דאַטאַסעט. נאָר מאַכט זיכער אַז די אָריגינעלע הויך-ביט-טיפֿקייט טעקעס זענען ערגעץ געהיט אויב ווידער-אַנאַליז קען זײַן נייטיק.

וואָס ראָלע שפּילט ביט טיפקייט אין קוואַנטיטאַטיווע וויסנשאַפטלעכע מעסטונגען?

אין קוואַנטיטאַטיווער בילדגעבונג, ביט טיפקייט האט א דירעקטן איינפלוס אויף ווי גענוי פּיקסעל ווערטן רעפּרעזענטירן רעאַלע סיגנאַל אינטענסיטעטן. דאָס איז וויכטיק פֿאַר:

● מיקראָסקאָפּיע – מעסטן פלואָרעסצענץ אינטענסיטעט ענדערונגען אויף דער צעלולערער מדרגה.
● ספּעקטראָסקאָפּיע – דעטעקטירן קליינע פֿאַרשייבונגען אין אַבזאָרפּציע/עמיסיע ליניעס.
● אַסטראָנאָמיע – רעקאָרדירן שוואַכע ליכט קוועלער איבער לאַנגע עקספּאָוזשערז.

אין די פעלער, קען נישט גענוג ביט טיפקייט פאראורזאכן ראונדינג ערראָרס אדער סיגנאַל קליפּינג, וואָס פירט צו אומרעכטע דאַטן אינטערפּרעטאַציע.

ווילט איר לערנען מער? קוקט אריין אין די פארבינדענע ארטיקלען:

[דינאמישע קייט] – וואס איז דינאמישע קייט?

קוואַנטום עפעקטיווקייט אין וויסנשאפטלעכע קאַמעראַס: אַ אָנהייבער ס גייד

טוסען פאָטאָניקס קאָו., לטד. אַלע רעכטן רעזערווירט. ווען איר ציטירט, ביטע אנערקענען די מקור:www.tucsen.com