25/08/19Nigbati o ba de si yiya awọn aworan kongẹ ati igbẹkẹle ninu iwadii ijinle sayensi, didara data rẹ da lori diẹ sii ju ipinnu tabi iwọn sensọ lọ. Ọkan ninu pataki julọ-ṣugbọn nigbami aṣemáṣe—awọn metiriki jẹ Iwọn ifihan agbara-si-Noise (SNR). Ninu awọn ọna ṣiṣe aworan, SNR pinnu bi o ṣe le ṣe iyatọ ifihan gangan (alaye to wulo) lati ariwo ti aifẹ.
Ninu awọn ohun elo aworan imọ-jinlẹ bii microscopy, astronomy, ati spectroscopy, SNR talaka le tumọ iyatọ laarin wiwa ibi-afẹde kan ati sonu patapata. Nkan yii ṣawari bawo ni a ṣe tumọ SNR, idi ti o ṣe pataki, bawo ni o ṣe ni ipa lori itansan, ati bii o ṣe le yan ati mu kamẹra imọ-jinlẹ ti o da lori metiriki pataki yii.
Kini Ipin ifihan agbara-si-ariwo ati bawo ni a ṣe tumọ rẹ?
Ifihan agbara si Noise Ratio (SNR) jẹ iwọn pataki julọ ti didara aworan wa, ipilẹ ni itansan aworan, ati nigbagbogbo ifosiwewe ipinnu iwulo julọ ni boya kamẹra kan ni ifarakanra to fun ohun elo rẹ.
Awọn igbiyanju lati mu ifamọ kamẹra dara si ni ayika mejeeji imudarasi ifihan agbara ti a gba:
● Nipasẹ awọn ilọsiwaju ni kuatomu ṣiṣe tabi ilosoke ninu iwọn piksẹli
● Dinku awọn orisun ariwo ti o gbẹkẹle kamẹra
Awọn orisun ariwo ṣe afikun pọ, ṣugbọn da lori awọn ayidayida ọkan le jẹ gaba lori, ati pe o yẹ ki o wa ni idojukọ nigbati o ngbiyanju lati mu SNR dara - boya nipasẹ awọn eto iṣapeye tabi iṣeto, tabi iṣagbega si awọn orisun ina to dara julọ, awọn opiki, ati awọn kamẹra.
O jẹ ọna kukuru ti o wọpọ lati ṣapejuwe awọn aworan ni awọn ofin ti ipin ifihan-si-ariwo kan, fun apẹẹrẹ gbigba pe aworan kan ni SNR ti '15'. Bibẹẹkọ, gẹgẹ bi o ti han lati orukọ naa, ipin ifihan-si-ariwo da lori ifihan agbara naa, eyiti yoo dajudaju yatọ fun ẹbun kọọkan. Eyi ni ohun ti o fun wa ni aworan wa.
SNR ti aworan kan n tọka si SNR ti ifihan agbara ti o ga julọ laarin aworan naa. Fun apẹẹrẹ, SNR lati aworan ti awọn sẹẹli Fuluorisenti lori abẹlẹ dudu yoo lo agbara ifihan agbara tente oke lati awọn piksẹli ti eto iwulo laarin sẹẹli naa.
Kii ṣe aṣoju lati mu, fun apẹẹrẹ, iye itumọ fun SNR ti gbogbo aworan. Ninu awọn ilana bii maikirosikopu fluorescence nibiti abẹlẹ dudu pẹlu awọn fọto ti a rii odo le jẹ wọpọ, awọn piksẹli ifihan odo odo ni SNR ti odo. Nitorinaa, aropin eyikeyi kọja aworan kan yoo dale iye awọn piksẹli abẹlẹ ti o wa ni wiwo.
Kini idi ti SNR ṣe pataki fun Awọn kamẹra Imọ-jinlẹ
Ni aworan ijinle sayensi, SNR taara ni ipa bi o ṣe le ṣe idanimọ awọn alaye ti o rẹwẹsi, wiwọn data pipo, ati ẹda awọn abajade.
●Aworan wípé- SNR ti o ga julọ dinku oka ati jẹ ki awọn ẹya ti o dara han.
●Ipeye data- Dinku awọn aṣiṣe wiwọn ni awọn adanwo ti o da lori kikankikan.
●Kekere-ina Performance- Pataki fun maikirosikopu fluorescence, astrophotography ti ọrun ti o jinlẹ, ati spectroscopy, nibiti awọn nọmba photon ti lọ silẹ nipa ti ara.
Boya o nlo asCMOS kamẹrafun aworan iyara-giga tabi CCD ti o tutu fun awọn ohun elo ifihan gigun, oye SNR ṣe iranlọwọ fun ọ ni iwọntunwọnsi awọn iṣowo iṣẹ ṣiṣe.
Bawo ni SNR ṣe ni ipa lori Itansan Aworan
Itansan jẹ iyatọ ibatan ni kikankikan laarin awọn agbegbe ina ati awọn agbegbe dudu ti aworan kan. Fun ọpọlọpọ awọn ohun elo, iyatọ aworan ti o dara laarin awọn agbegbe ti iwulo jẹ ibi-afẹde ipari ipari.
Ọpọlọpọ awọn okunfa laarin koko-ọrọ aworan, eto opiti ati awọn ipo aworan ti o jẹ awọn ipinnu ipinnu akọkọ ti itansan aworan, gẹgẹbi didara lẹnsi ati iye ina lẹhin.
●Iye ti o ga julọ ti SNR→ Iyapa ti o yatọ laarin awọn agbegbe imọlẹ ati dudu; egbegbe han agaran; abele awọn alaye wa han.
●Iye ti o ga julọ ti SNR→ Awọn agbegbe dudu n tan imọlẹ nitori ariwo, awọn agbegbe didan yoo dimmer, ati itansan aworan gbogbogbo jẹ alapin.
Fun apẹẹrẹ, ni microscopy fluorescence, SNR kekere le ṣe apẹrẹ fluorescent alailagbara parapo sinu abẹlẹ, ṣiṣe iṣiro pipo ti ko ni igbẹkẹle. Ni astronomie, awọn irawọ ti o rẹwẹsi tabi awọn irawọ le parẹ patapata ni data ariwo.
Sibẹsibẹ, awọn ifosiwewe tun wa laarin kamẹra funrararẹ - ifosiwewe akọkọ jẹ ifihan agbara si Ratio Noise. Siwaju sii, ati ni pataki ni ina kekere, iwọn kikankikan aworan, bawo ni aworan ṣe han lori atẹle, ṣe ipa nla ninu itansan aworan ti a rii. Pẹlu ariwo ti o ga ni awọn agbegbe dudu ti aworan naa, awọn algoridimu wiwọn aworan adaṣe le jẹ ki iwọn kekere wọn ṣeto ti o kere ju nipasẹ awọn piksẹli alariwo iye-kekere, lakoko ti iwọn giga ti pọ si nipasẹ ariwo ni awọn piksẹli ifihan agbara giga. Eyi ni idi ti iwa 'fifọ-jade' irisi grẹy ti awọn aworan SNR kekere. Iyatọ ti o dara julọ ni a le gba nipa tito ihamọ isalẹ si aiṣedeede kamẹra.
Awọn nkan ti o ni ipa lori SNR ni Awọn kamẹra Imọ-jinlẹ
Ọpọlọpọ apẹrẹ ati awọn aye iṣiṣẹ ni ipa lori SNR ti eto kamẹra kan:
Imọ-ẹrọ sensọ
● sCMOS - Darapọ ariwo kika kekere ati awọn oṣuwọn fireemu giga, o dara fun aworan ti o ni agbara.
● CCD - Itan-akọọlẹ nfunni ni ariwo kekere ni awọn ifihan gigun, ṣugbọn o lọra ju awọn aṣa CMOS ode oni.
● EMCCD - Nlo imudara lori-chip lati ṣe alekun awọn ifihan agbara alailagbara, ṣugbọn o le ṣafihan ariwo isodipupo.
Pixel Iwon ati Kun ifosiwewe
Awọn piksẹli ti o tobi julọ gba awọn fọto diẹ sii, jijẹ ifihan agbara ati nitorinaa SNR.
Iṣiṣẹ Kuatomu (QE)
QE ti o ga julọ tumọ si awọn fọto ti nwọle diẹ sii ti yipada si awọn elekitironi, imudarasi SNR.
Àkókò ìsírasílẹ̀
Awọn ifihan ti o gun gun ko awọn photon diẹ sii, jijẹ ifihan agbara, ṣugbọn o tun le mu ariwo lọwọlọwọ dudu pọ si.
Awọn ọna itutu agbaiye
Itutu-tutu dinku lọwọlọwọ dudu, ni ilọsiwaju SNR ni pataki fun awọn ifihan pipẹ.
Optics ati Itanna
Awọn lẹnsi didara to gaju ati itanna iduroṣinṣin mu iwọn ifihan agbara pọ si ati dinku iyipada.
Awọn apẹẹrẹ ti Awọn iye tente oke SNR oriṣiriṣi
Ni aworan, PSNR nigbagbogbo n tọka si imọ-jinlẹ ti o pọju ibatan si itẹlọrun ẹbun. Pelu awọn iyatọ ninu awọn koko-ọrọ aworan, awọn ipo aworan ati imọ-ẹrọ kamẹra, fun awọn kamẹra ijinle sayensi aṣa, awọn aworan pẹlu ipin ifihan-si-ariwo kanna le ni awọn ibajọra. Iwọn 'graininess', iyatọ lati fireemu si fireemu, ati si diẹ ninu iyatọ iyatọ, gbogbo wọn le jẹ iru laarin awọn ipo oriṣiriṣi wọnyi. Nitorinaa, o ṣee ṣe lati ni oye ti awọn iye SNR ati awọn ipo oriṣiriṣi ati awọn italaya ti wọn tumọ si lati awọn aworan aṣoju, gẹgẹbi awọn ti o han ninu tabili.
AKIYESI: Awọn iye ifihan agbara tente oke ni photoelectrons fun ila kọọkan ni a fun ni buluu. Gbogbo awọn aworan ti o han pẹlu wiwọn histogram auto, aibikita (saturating) 0.35% ti awọn piksẹli didan ati Dudu julọ. Osi awọn ọwọn aworan meji: Aworan orisun-lẹnsi ti ibi-afẹde idanwo aworan. Ọtun mẹrin ọwọn: Ascaris sile ni fluorescence pẹlu kan 10x maikirosikopu ohun. Lati ṣe apejuwe awọn iyatọ fireemu-si-fireemu ni awọn iye piksẹli ni SNR isalẹ, awọn fireemu itẹlera mẹta ti pese.
Aworan ti o da lẹnsi ti ibi-afẹde idanwo, pẹlu aworan maikirosikopu fluorescence kan jẹ afihan mejeeji, pẹlu iwo ti o sun-un ti aworan Fuluorisenti ti o nfihan iyatọ laarin awọn fireemu itẹlera mẹta. Iwọn fọto elekitironi ti o ga julọ ni ipele ifihan agbara kọọkan ni a tun fun.
Nọmba atẹle yii fihan awọn ẹya kikun ti awọn aworan apẹẹrẹ wọnyi fun itọkasi.
Awọn aworan ti o ni kikun ti a lo fun awọn apẹẹrẹ tabili ipin ifihan-si-ariwo
Osi: Ibi-afẹde idanwo aworan ti a ya aworan pẹlu lẹnsi kan.
Ọtun: Ayẹwo ti apakan alajerun Ascaris nematode ti a wo pẹlu microscopy fluorescence ni 10x magnification.
SNR ni Awọn ohun elo
SNR jẹ pataki-pataki lori awọn aaye oriṣiriṣi:
● Maikirosikopi – Wiwa didan didan ninu awọn ayẹwo ti ibi nilo SNR giga lati yago fun awọn odi eke.
● Aworawo – Idanimọ awọn irawọ ti o jinna tabi exoplanets nbeere awọn ifihan gigun pẹlu ariwo kekere.
● Spectroscopy - SNR giga ṣe idaniloju pe awọn wiwọn kikankikan ti o peye ni itupalẹ kemikali.
● Ṣiṣayẹwo Ile-iṣẹ - Ni awọn laini apejọ ina kekere, SNR giga ṣe iranlọwọ lati rii awọn abawọn ni igbẹkẹle.
Yiyan Kamẹra Imọ-jinlẹ pẹlu SNR Ọtun
Nigbati o ba n ṣe iṣiro kamẹra imọ-jinlẹ tuntun kan:
●Ṣayẹwo awọn pato SNR- Ṣe afiwe awọn iye dB labẹ awọn ipo ti o jọra si ohun elo rẹ.
●Dọgbadọgba Miiran Metiriki- Ṣe akiyesi ṣiṣe kuatomu, iwọn agbara, ati iwọn fireemu.
●Imọ-ẹrọ Baramu lati Lo Ọran- Fun awọn iwoye ti o ni agbara iyara, kamẹra sCMOS le jẹ apẹrẹ; fun awọn koko-ọrọ aimi-ina-kekere, CCD ti o tutu tabi EMCCD le ṣe dara julọ.
●Asopọmọra fun Ṣiṣe Iṣe-iṣẹ- Lakoko ti o ko ni ipa SNR taara, awọn ẹya bii iṣelọpọ HDMI le mu atunyẹwo aworan ni akoko gidi ṣiṣẹ, ṣe iranlọwọ fun ọ ni iyara rii daju pe awọn eto imudani rẹ ṣaṣeyọri SNR ti o fẹ.
Ipari
Ifiranṣẹ-si-Noise Ratio (SNR) jẹ metiriki iṣẹ ṣiṣe bọtini ti o ni ipa taara ni mimọ ati igbẹkẹle awọn aworan imọ-jinlẹ. Imọye bi SNR ti ṣe alaye, awọn okunfa ti o ni ipa lori rẹ, ati awọn ipa ti awọn iye SNR oriṣiriṣi gba awọn oniwadi ati awọn olumulo imọ-ẹrọ laaye lati ṣe iṣiro awọn eto aworan ni imunadoko. Nípa lílo ìmọ̀ yìí—yálà ní yíyan tuntunijinle sayensi kamẹratabi iṣapeye iṣeto ti o wa tẹlẹ-o le rii daju pe iṣan-iṣẹ aworan rẹ ya data pẹlu ipele ti konge ti o nilo fun ohun elo rẹ pato.
FAQs
Kini a kà si SNR “dara” fun awọn kamẹra onimọ-jinlẹ?
SNR ti o dara julọ da lori ohun elo naa. Fun ibeere ti o ga pupọ, iṣẹ pipo-gẹgẹbi microscopy fluorescence tabi astronomy — SNR kan ti o ju 40 dB ni gbogbogbo ni a ṣe iṣeduro, bi o ṣe n ṣe awọn aworan pẹlu ariwo ti o han diẹ ati tọju awọn alaye to dara. Fun lilo yàrá gbogbogbo tabi ayewo ile-iṣẹ, 35-40 dB le to. Ohunkohun ti o wa ni isalẹ 30 dB yoo ṣe afihan awọn irugbin ti o han nigbagbogbo ati pe o le ṣe adehun deede, paapaa ni awọn ipo itansan kekere.
Bawo ni ṣiṣe kuatomu (QE) ṣe ni ipa lori SNR?
Imudara kuatomu ṣe iwọn bii imunadoko ni sensọ kan ṣe iyipada awọn fọto ti nwọle sinu awọn elekitironi. QE ti o ga julọ tumọ si diẹ sii ti ina ti o wa ni a mu bi ifihan agbara, ti nmu nọmba ni idogba SNR. Eyi ṣe pataki ni pataki ni awọn oju iṣẹlẹ ina kekere, nibiti gbogbo photon ṣe pataki. Fun apẹẹrẹ, kamẹra sCMOS pẹlu QE ti 80% yoo ṣe aṣeyọri SNR ti o ga julọ labẹ awọn ipo kanna ni akawe si sensọ kan pẹlu 50% QE, lasan nitori pe o gba ifihan agbara lilo diẹ sii.
Kini iyato laarin SNR ati Idiyele-si-Noise (CNR)?
Lakoko ti SNR ṣe iwọn agbara ifihan gbogbogbo ni ibatan si ariwo, CNR dojukọ hihan ẹya kan pato si abẹlẹ rẹ. Ni aworan ijinle sayensi, awọn mejeeji ṣe pataki: SNR sọ fun ọ bi o ṣe jẹ "mimọ" aworan naa jẹ gbogbogbo, lakoko ti CNR ṣe ipinnu boya ohun kan pato ti iwulo duro jade to fun wiwa tabi wiwọn.
Ṣe o fẹ lati ni imọ siwaju sii? Wo awọn nkan ti o jọmọ:
Iṣiṣẹ Kuatomu ni Awọn kamẹra Imọ-jinlẹ: Itọsọna Olukọni kan
Tucsen Photonics Co., Ltd. Gbogbo ẹtọ wa ni ipamọ. Nigbati o ba n tọka si, jọwọ jẹwọ orisun:www.tucsen.com
