25/09/04Ni aworan oni-nọmba, o rọrun lati ro pe ipinnu ti o ga julọ tumọ si awọn aworan to dara julọ. Awọn aṣelọpọ kamẹra nigbagbogbo n ṣe ọja awọn ọna ṣiṣe ti o da lori awọn iṣiro megapiksẹli, lakoko ti awọn oluṣe lẹnsi ṣe afihan agbara ipinnu ati didasilẹ. Sibẹsibẹ, ni iṣe, didara aworan ko da lori awọn pato ti lẹnsi tabi sensọ ni ẹyọkan ṣugbọn tun lori bii wọn ṣe baamu daradara.
Eyi ni ibi ti iṣapẹẹrẹ Nyquist wa sinu ere. Ni akọkọ ipilẹ kan lati sisẹ ifihan agbara, ami iyasọtọ Nyquist ṣeto ilana imọ-jinlẹ fun yiya awọn alaye ni deede. Ni aworan, o ni idaniloju pe ipinnu opiti ti a fi jiṣẹ nipasẹ lẹnsi ati ipinnu oni nọmba ti sensọ kamẹra ṣiṣẹ papọ ni iṣọkan.
Nkan yii ṣii iṣapẹẹrẹ Nyquist ni aaye ti aworan, ṣe alaye iwọntunwọnsi laarin opiti ati ipinnu kamẹra, ati pese awọn itọnisọna to wulo fun awọn ohun elo ti o wa lati fọtoyiya si aworan ijinle sayensi.
Kini Iṣayẹwo Nyquist?
Nọmba 1: Ilana iṣapẹẹrẹ Nyquist
Oke:Ifihan agbara sinusoidal (cyan) jẹ iwọn, tabi ṣe ayẹwo, ni awọn aaye pupọ. Laini ti o gun grẹy duro fun wiwọn 1 fun iyipo ti ifihan sinusoidal, yiya awọn oke ifihan agbara nikan, fifipamọ iseda otitọ ti ifihan naa patapata. Iwọn ti tẹ pupa ti o ya ni awọn iwọn 1.1 fun ayẹwo kan, ti n ṣafihan sinusoid kan ṣugbọn ṣiṣalaye igbohunsafẹfẹ rẹ. Eyi jẹ afiwe si apẹrẹ Moiré kan.
Isalẹ:Nikan nigbati 2 awọn ayẹwo ti wa ni ya fun ọmọ kan (eleyi ti sami ila) ni otito iseda ti awọn ifihan agbara bẹrẹ lati wa ni sile.
Ilana iṣapẹẹrẹ Nyquist jẹ ipilẹ ti o wọpọ kọja sisẹ ifihan agbara ni ẹrọ itanna, sisẹ ohun, aworan ati awọn aaye miiran. Ilana naa jẹ ki o han gbangba pe lati tun ṣe igbohunsafẹfẹ ti a fun ni ifihan agbara kan, awọn wiwọn gbọdọ wa ni o kere ju lẹmeji ti igbohunsafẹfẹ, ti o han ni Nọmba 1. Ninu ọran ti ipinnu opiti wa, eyi tumọ si pe iwọn piksẹli aaye ohun elo gbọdọ jẹ ni pupọ julọ idaji alaye ti o kere julọ ti a n gbiyanju lati mu, tabi, ninu ọran ti microscope, idaji ipinnu microscope.
Nọmba 2: Iṣayẹwo Nyquist pẹlu awọn piksẹli onigun mẹrin: awọn ọrọ iṣalaye
Lilo kamẹra pẹlu akoj ti awọn piksẹli onigun mẹrin, ifosiwewe iṣapẹẹrẹ 2x ti imọ-jinlẹ Nyquist yoo gba awọn alaye ni deede ti o ni ibamu ni pipe si piksẹli piksẹli. Ti o ba ngbiyanju lati yanju awọn ẹya ni igun kan si piksẹli grid, iwọn ẹbun ti o munadoko ti tobi, to awọn akoko √2 tobi ni akọ-rọsẹ. Oṣuwọn iṣapẹẹrẹ gbọdọ jẹ nitori naa 2√2 igba ipo igbohunsafẹfẹ aye ti o fẹ lati gba awọn alaye ni 45o si piksẹli grid.
Idi fun eyi ni a ṣe kedere nipasẹ akiyesi Nọmba 2 (idaji oke). Fojuinu pe iwọn piksẹli ti ṣeto si ipinnu opiti, fifun awọn oke ti awọn orisun aaye adugbo meji, tabi eyikeyi alaye ti a ngbiyanju lati yanju, ọkọọkan ẹbun tirẹ. Botilẹjẹpe a rii awọn wọnyi ni lọtọ, ko si itọkasi ninu awọn wiwọn ti o yọrisi pe wọn jẹ awọn giga giga meji lọtọ - ati pe lẹẹkan si asọye wa ti “ipinnu” ko ni ibamu. Piksẹli laarin ni a nilo, yiya trough ti ifihan agbara. Eyi jẹ aṣeyọri nipasẹ o kere ju ilọpo meji oṣuwọn iṣapẹẹrẹ aye, ie didapa iwọn ẹbun aaye ohun kan.
Ipinu Opitika la Ipinnu Kamẹra
Lati loye bii iṣapẹẹrẹ Nyquist ṣe n ṣiṣẹ ni aworan, a nilo lati ṣe iyatọ laarin awọn iru ipinnu meji:
● Ipinnu Opitika: Ti pinnu nipasẹ awọn lẹnsi, ipinnu opiti n tọka si agbara rẹ lati ṣe ẹda alaye daradara. Awọn okunfa bii didara lẹnsi, iho, ati diffraction ṣeto opin yii. Iṣẹ gbigbe awose (MTF) ni igbagbogbo lo lati wiwọn bawo ni lẹnsi kan ṣe ntan itansan daradara ni oriṣiriṣi awọn igbohunsafẹfẹ aye.
● Ipinnu kamẹra: Ti pinnu nipasẹ sensọ, ipinnu kamẹra da lori iwọn piksẹli, ipolowo piksẹli, ati awọn iwọn sensọ gbogbogbo. Piksẹli ipolowo ti aCMOS kamẹrataara asọye awọn oniwe-Nyquist igbohunsafẹfẹ, eyi ti ipinnu awọn ti o pọju apejuwe awọn sensọ le Yaworan.
Nigbati awọn meji wọnyi ko ba ni ibamu, awọn iṣoro dide. Lẹnsi ti o kọja agbara ipinnu ti sensọ jẹ “asonu” ni imunadoko, nitori sensọ ko le gba gbogbo awọn alaye. Lọna miiran, sensọ ti o ga-giga ti a so pọ pẹlu awọn abajade lẹnsi didara kekere ni awọn aworan ti ko ni ilọsiwaju laibikita awọn megapixels diẹ sii.
Bii o ṣe le ṣe iwọntunwọnsi Opitika ati ipinnu kamẹra
Iwontunwonsi Optics ati sensosi tumo si ibaamu awọn Nyquist igbohunsafẹfẹ ti awọn sensọ pẹlu awọn opitika cutoff igbohunsafẹfẹ ti awọn lẹnsi.
● Igbohunsafẹfẹ Nyquist ti sensọ kamẹra jẹ iṣiro bi 1/ (2 × piksẹli ipolowo). Eyi n ṣalaye igbohunsafẹfẹ aaye ti o ga julọ sensọ le ṣe ayẹwo laisi aliasing.
● Awọn opitika cutoff igbohunsafẹfẹ da lori lẹnsi abuda ati diffraction.
Fun awọn abajade to dara julọ, igbohunsafẹfẹ Nyquist sensọ yẹ ki o ṣe ibamu pẹlu tabi diẹ ju agbara ipinnu lẹnsi lọ. Ni iṣe, ofin atanpako ti o dara ni lati rii daju pe ipolowo pixel jẹ iwọn idaji iwọn ẹya ti o le yanju ti o kere julọ ti lẹnsi naa.
Fun apẹẹrẹ, ti lẹnsi le yanju awọn alaye si isalẹ si 4 micrometers, lẹhinna sensọ kan pẹlu awọn iwọn piksẹli ti ~ 2 micrometers yoo dọgbadọgba eto naa daradara.
Ibamu Nyquist pẹlu Ipinnu Kamẹra & Ipenija ti Awọn piksẹli Square
Iṣowo-pipa pẹlu idinku iwọn ẹbun aaye ohun kan dinku agbara ikojọpọ ina. Nitorina o ṣe pataki lati ṣe iwọntunwọnsi iwulo fun ipinnu ati fun gbigba ina. Ni afikun, awọn iwọn piksẹli aaye ohun ti o tobi ju ṣọ lati fihan aaye wiwo ti o tobi ju ti koko-ọrọ aworan naa. Fun awọn ohun elo ti o ni diẹ ninu iwulo fun ipinnu itanran, iwọntunwọnsi to dara julọ 'ofin ti atanpako' ni a sọ pe yoo kọlu bi atẹle: Iwọn ẹbun aaye ohun, nigbati o ba pọ si nipasẹ diẹ ninu ifosiwewe lati ṣe akọọlẹ fun Nyquist, yẹ ki o dọgba si ipinnu opitika. Iwọn yii ni a pe ni ipinnu kamẹra.
Iwontunwonsi Optics ati sensosi nigbagbogbo wa si isalẹ lati aridaju wipe awọn munadoko iṣapẹẹrẹ ipinnu ti awọn kamẹra ibaamu awọn opitika opin opin ti awọn lẹnsi. A sọ pe eto kan “baramu Nyquist” nigbati:
Ipinu kamẹra = Ipinnu opitika
Nibo ipinnu kamẹra ti jẹ fifun nipasẹ:
Awọn ifosiwewe lati ṣe akọọlẹ fun Nyquist ti a ṣe iṣeduro nigbagbogbo jẹ 2.3, kii ṣe 2. Idi fun eyi jẹ bi atẹle.
Awọn piksẹli kamẹra jẹ (ni deede) onigun mẹrin, ati ṣeto lori akoj 2-D. Iwọn piksẹli gẹgẹbi asọye fun lilo ni ilodisi idogba duro fun iwọn awọn piksẹli lẹgbẹẹ awọn aake ti akoj yii. Ti awọn ẹya ara ẹrọ ti a ngbiyanju lati yanju irọba ni eyikeyi igun ayafi pipọ pipe ti 90° ni ibatan si akoj yii, iwọn ẹbun ti o munadoko yoo tobi, to √2 ≈ 1.41 ni igba piksẹli iwọn ni 45°. Eyi han ni aworan 2 (idaji isalẹ).
Ipinfunni ti a ṣeduro ni ibamu si ami-ami Nyquist ni gbogbo awọn iṣalaye yoo jẹ 2√2 ≈ 2.82. Sibẹsibẹ, nitori iṣowo-pipa ti a mẹnuba tẹlẹ laarin ipinnu ati ikojọpọ ina, iye adehun ti 2.3 ni a ṣe iṣeduro bi ofin ti atanpako.
Ipa ti Nyquist Iṣayẹwo ni Aworan
Iṣapẹẹrẹ Nyquist jẹ olutọju ẹnu-ọna ti ifaramọ aworan. Nigbati oṣuwọn iṣapẹẹrẹ ba ṣubu ni isalẹ opin Nyquist:
● Iṣagbejade → nfa aliasing: awọn alaye eke, awọn egbegbe ti o ja, tabi awọn ilana moiré.
● Oversampling → gba data diẹ sii ju awọn opiti le fi jiṣẹ, ti o yori si idinku awọn ipadabọ: awọn faili nla ati awọn ibeere ṣiṣe ti o ga julọ laisi awọn ilọsiwaju ti o han.
Iṣapẹẹrẹ to tọ ṣe idaniloju pe awọn aworan jẹ didasilẹ mejeeji ati otitọ si otitọ. O pese iwọntunwọnsi laarin igbewọle opiti ati imudani oni-nọmba, yago fun ipinnu ti o padanu ni ẹgbẹ kan tabi awọn ohun-ini ṣina ni ekeji.
Awọn ohun elo to wulo
Iṣayẹwo Nyquist kii ṣe imọ-jinlẹ nikan - o ni awọn ohun elo to ṣe pataki kọja awọn ilana-iṣe aworan:
● Microscope:Awọn oniwadi gbọdọ yan awọn sensosi ti o ṣe ayẹwo o kere ju lẹmeji awọn alaye ti o kere julọ ti a le yanju nipasẹ lẹnsi idi. Yiyan awọn ọtunairi kamẹraṣe pataki, nitori iwọn piksẹli gbọdọ ni ibamu pẹlu ipinnu-ipinpin ipinya ti ibi-afẹde maikirosikopu. Modern yàrá igba fẹsCMOS awọn kamẹra, eyi ti o pese iwọntunwọnsi ti ifamọ, ibiti o ni agbara, ati awọn ẹya piksẹli to dara fun aworan ti ibi-giga ti o ga.
● Aworan:Pipọpọ awọn sensọ giga-megapiksẹli pẹlu awọn lẹnsi ti ko le yanju awọn alaye itanran deede nigbagbogbo n yọrisi awọn ilọsiwaju aifiyesi ni didasilẹ. Awọn oluyaworan ọjọgbọn iwọntunwọnsi awọn lẹnsi ati awọn kamẹra lati yago fun ipinnu asonu.
● Aworan:Pipọpọ awọn sensọ giga-megapiksẹli pẹlu awọn lẹnsi ti ko le yanju awọn alaye itanran deede nigbagbogbo n yọrisi awọn ilọsiwaju aifiyesi ni didasilẹ. Awọn oluyaworan ọjọgbọn iwọntunwọnsi awọn lẹnsi ati awọn kamẹra lati yago fun ipinnu asonu.
● Ẹrọ Iran & amupu;Awọn kamẹra ImọNi iṣakoso didara ati ayewo ile-iṣẹ, sonu awọn ẹya kekere nitori aibikita le tunmọ si awọn ẹya aibuku ti a ko rii. Awopọ le ṣee lo mọọmọ fun sun-un oni-nọmba tabi imudara sisẹ.
Nigbati lati Baramu Nyquist: Oversampling ati Undersampling
Iṣapẹẹrẹ Nyquist duro fun iwọntunwọnsi to bojumu, ṣugbọn ni iṣe, awọn ọna ṣiṣe aworan le mọọmọ apọju tabi ṣapejuwe ti o da lori ohun elo naa.
Ohun ti o jẹ Undersampling
Ninu ọran ti awọn ohun elo nibiti ifamọ ṣe pataki diẹ sii ju ipinnu kekere ti awọn alaye itanran, lilo iwọn ẹbun aaye ohun kan ti o tobi ju awọn ibeere Nyquist le ja si awọn anfani ikojọpọ ina nla. Eyi ni a npe ni undersampling.
Eyi rubọ awọn alaye to dara, ṣugbọn o le jẹ anfani nigbati:
● Ifamọ jẹ pataki: awọn piksẹli ti o tobi ju gba ina diẹ sii, imudarasi ipin ifihan-si-ariwo ni aworan ina kekere.
● Awọn ọrọ iyara: awọn piksẹli diẹ dinku akoko kika, ṣiṣe gbigba yiyara.
● Ṣiṣe data ni a nilo: awọn iwọn faili ti o kere ju ni o dara julọ ni awọn ọna ṣiṣe-iwọn bandwidth.
Apeere: Ni kalisiomu tabi aworan foliteji, awọn ifihan agbara nigbagbogbo ni aropin lori awọn agbegbe ti iwulo, nitorinaa iṣapẹrẹ ṣe ilọsiwaju ikojọpọ ina laisi ibajẹ abajade imọ-jinlẹ.
Kini Oversampling
Lọna miiran, ọpọlọpọ awọn ohun elo fun eyiti ipinnu awọn alaye itanran jẹ bọtini, tabi awọn ohun elo ti nlo awọn ọna itupalẹ ipasẹ-lẹhin lati gba alaye afikun pada ti o kọja opin iyatọ, nilo awọn piksẹli aworan ti o kere ju awọn ibeere Nyquist, ti a pe ni apọju.
Lakoko ti eyi ko ṣe alekun ipinnu opiti otitọ, o le pese awọn anfani:
● Mu ṣiṣẹ sun-un oni-nọmba pẹlu pipadanu didara diẹ.
● Ṣe ilọsiwaju sisẹ-lẹhin (fun apẹẹrẹ, deconvolution, denoising, Super-o ga).
● Din aliasing han nigbati awọn aworan ti wa ni sokale nigbamii.
Apeere: Ni microscopy, kamẹra sCMOS ti o ga le ṣe apọju awọn ẹya cellular ki awọn algoridimu iširo le yọ awọn alaye to dara ju opin ipinya lọ.
Awọn Aṣiṣe ti o wọpọ
1, Awọn megapiksẹli diẹ sii nigbagbogbo tumọ si awọn aworan didan.
Kii ṣe otitọ. Gbigbọn da lori mejeeji agbara ipinnu lẹnsi ati boya awọn ayẹwo sensọ ni deede.
2, Eyikeyi ti o dara lẹnsi ṣiṣẹ daradara pẹlu eyikeyi ga-o ga sensọ.
Ibaramu ti ko dara laarin ipinnu lẹnsi ati ipolowo piksẹli yoo ṣe idinwo iṣẹ ṣiṣe.
3, Nyquist iṣapẹẹrẹ jẹ pataki nikan ni sisẹ ifihan agbara, kii ṣe aworan.
Ni ilodi si, aworan oni nọmba jẹ ilana iṣapẹẹrẹ ni ipilẹṣẹ, ati pe Nyquist ṣe pataki nibi bi ohun tabi awọn ibaraẹnisọrọ.
Ipari
Iṣapẹẹrẹ Nyquist jẹ diẹ sii ju abstraction mathematiki — o jẹ opo ti o ṣe idaniloju iṣẹ-ṣiṣe opitika ati ipinnu oni-nọmba papọ. Nipa aligning agbara ipinnu ti awọn lẹnsi pẹlu awọn agbara iṣapẹẹrẹ ti awọn sensosi, awọn ọna ṣiṣe aworan ṣe aṣeyọri ti o pọju laisi awọn ohun-ọṣọ tabi agbara asonu.
Fun awọn alamọdaju ni awọn aaye bii oniruuru bi microscopy, astronomy, fọtoyiya, ati iran ẹrọ, agbọye iṣapẹẹrẹ Nyquist jẹ bọtini lati ṣe apẹrẹ tabi yiyan awọn ọna ṣiṣe aworan ti o ṣafihan awọn abajade igbẹkẹle. Ni ipari, didara aworan kii ṣe lati titari sipesifikesonu kan si iwọn ṣugbọn lati iyọrisi iwọntunwọnsi.
FAQs
Kini yoo ṣẹlẹ ti iṣapẹẹrẹ Nyquist ko ba ni itẹlọrun ninu kamẹra kan?
Nigbati oṣuwọn iṣapẹẹrẹ ba ṣubu ni isalẹ opin Nyquist, sensọ ko le ṣe aṣoju awọn alaye to dara ni deede. Eyi ni abajade aliasing, eyiti o han bi awọn egbegbe jagged, awọn ilana moiré, tabi awọn awoara eke ti ko si ni oju iṣẹlẹ gidi.
Bawo ni iwọn piksẹli ṣe ni ipa lori iṣapẹẹrẹ Nyquist?
Awọn piksẹli kekere ṣe alekun igbohunsafẹfẹ Nyquist, afipamo pe sensọ le ṣe ipinnu imọ-jinlẹ awọn alaye to dara julọ. Ṣugbọn ti awọn lẹnsi ko ba le fi ipele ti ipinnu naa han, awọn piksẹli afikun ṣe afikun iye diẹ ati pe o le mu ariwo pọ si.
Njẹ iṣapẹẹrẹ Nyquist yatọ fun awọn sensọ awọ monochrome vs.
Bẹẹni. Ninu sensọ monochrome kan, gbogbo awọn ayẹwo pixel ṣe itanna taara, nitorinaa igbohunsafẹfẹ Nyquist ti o munadoko baamu ipolowo ẹbun. Ninu sensọ awọ kan pẹlu àlẹmọ Bayer, ikanni awọ kọọkan jẹ apere, nitorinaa ipinnu ti o munadoko lẹhin demosaicing jẹ kekere diẹ.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Gbogbo ẹtọ wa ni ipamọ. Nigbati o ba n tọka si, jọwọ jẹwọ orisun:www.tucsen.com
