Rezolucioni është aftësia e një sistemi imazheri për të riprodhuar detajet e një objekti dhe varet nga faktorë të tillë si lloji i ndriçimit të përdorur, madhësia e pikselit të sensorit dhe aftësitë e optikës. Sa më i vogël të jetë detaji i subjektit, aq më e lartë është rezolucioni i kërkuar i lentës.
Hyrje në procesin e zgjidhjes
Cilësia e imazhit të kamerës varet nga sensori. E thënë thjesht, një sensor imazhi dixhital është një çip brenda një trupi kamere që përmban miliona pika të ndjeshme ndaj dritës. Madhësia e sensorit të një kamere përcakton se sa dritë mund të përdoret për të krijuar një imazh. Sa më i madh të jetë sensori, aq më i mirë është cilësia e imazhit pasi mblidhet më shumë informacion. Zakonisht kamerat dixhitale reklamohen në treg për madhësi sensorësh 16 mm, Super 35 mm dhe ndonjëherë deri në 65 mm.
Me rritjen e madhësisë së sensorit, thellësia e fushës do të ulet në një hapje të caktuar, pasi një homolog më i madh kërkon që t'i afroheniobjekt ose përdorni një gjatësi fokale më të madhe për të mbushur kornizën. Për të ruajtur të njëjtën thellësi të fushës, fotografi duhet të përdorë hapje më të vogla.
Kjo thellësi e cekët e fushës mund të jetë e dëshirueshme, veçanërisht për të arritur turbullimin e sfondit për portretet, por fotografia e peizazhit kërkon më shumë thellësi, e cila është më e lehtë për t'u kapur me madhësinë fleksibël të hapjes së kamerave kompakte.
Ndarja e numrit të pikselave horizontale ose vertikale në një sensor do të tregojë se sa hapësirë zë secili në një objekt dhe mund të përdoret për të vlerësuar fuqinë e zgjidhjes së lenteve dhe për të zgjidhur shqetësimet e klientëve në lidhje me madhësinë e pikselit të imazhit dixhital të pajisjes. Si pikënisje, është e rëndësishme të kuptojmë se çfarë mund të kufizojë realisht rezolucionin e sistemit.
Ky pohim mund të demonstrohet me shembullin e një çifti katrorësh në një sfond të bardhë. Nëse sheshet në sensorin e kamerës janë hartuar me pikselët fqinjë, atëherë ato do të shfaqen si një drejtkëndësh i madh në imazhin (1a) dhe jo si dy katrorë të veçantë (1b). Për të dalluar katrorët, kërkohet një hapësirë e caktuar midis tyre, të paktën një piksel. Kjo distancë minimale është rezolucioni maksimal i sistemit. Kufiri absolut përcaktohet nga madhësia e pikselëve në sensor, si dhe nga numri i tyre.
Karakteristikat e lenteve matëse
Marrëdhënia ndërmjet alternimit të katrorëve bardh e zi përshkruhet si një çift linear. Në mënyrë tipike, rezolucioni përcaktohet nga frekuenca,e matur në çifte vijash për milimetër - lp/mm. Fatkeqësisht, rezolucioni i lenteve në cm nuk është një numër absolut. Në një rezolucion të caktuar, aftësia për të parë dy katrorët si objekte të veçanta do të varet nga niveli i shkallës gri. Sa më e madhe të jetë ndarja e shkallës gri ndërmjet tyre dhe hapësirës, aq më e qëndrueshme është aftësia për të zgjidhur këto katrorë. Kjo ndarje e shkallës gri njihet si kontrasti i frekuencës.
Frekuenca hapësinore jepet në lp/mm. Për këtë arsye, llogaritja e rezolucionit në terma lp/mm është jashtëzakonisht e dobishme kur krahasoni lentet dhe përcaktoni zgjedhjen më të mirë për sensorë dhe aplikacione të dhëna. E para është vendi ku fillon llogaritja e rezolucionit të sistemit. Duke filluar me sensorin, është më e lehtë të përcaktohet se cilat specifikime të lenteve nevojiten për të përmbushur kërkesat e pajisjes ose aplikacioneve të tjera. Frekuenca më e lartë e lejuar nga sensori, Nyquist, është në fakt dy pikselë ose një çift linjash.
Rezolucioni i përkufizimit të lenteve, i quajtur gjithashtu rezolucioni i hapësirës së imazhit të sistemit, mund të përcaktohet duke shumëzuar madhësinë në Μm me 2 për të krijuar një çift dhe duke e ndarë me 1000 për ta kthyer në mm:
lp/mm=1000/ (2 X piksel)
Sensorët me piksel më të mëdhenj do të kenë kufij më të ulët të rezolucionit. Sensorët me pikselë më të vegjël do të performojnë më mirë sipas formulës së rezolucionit të lenteve të mësipërme.
Zona e sensorit aktiv
Mund të llogarisni rezolucionin maksimal për objektin që do të jetëduke parë. Për ta bërë këtë, është e nevojshme të bëhet dallimi midis treguesve të tillë si raporti midis madhësisë së sensorit, fushës së shikimit dhe numrit të pikselëve në sensor. Madhësia e kësaj të fundit i referohet parametrave të zonës aktive të sensorit të kamerës, zakonisht të përcaktuar nga madhësia e formatit të saj.
Megjithatë, përmasat e sakta do të ndryshojnë sipas raportit të pamjes dhe madhësitë nominale të sensorëve duhet të përdoren vetëm si udhëzues, veçanërisht për lentet telecentrike dhe zmadhimet e larta. Madhësia e sensorit mund të llogaritet drejtpërdrejt nga madhësia e pikselit dhe numri aktiv i pikselëve për të kryer testin e rezolucionit të lenteve.
Tabela tregon kufirin Nyquist të lidhur me madhësitë e pikselëve që gjenden në disa sensorë shumë të përdorur.
| Madhësia e pikselit (µm) | Nyquist limit (lp / mm) |
| 1, 67 | 299, 4 |
| 2, 2 | 227, 3 |
| 3, 45 | 144, 9 |
| 4, 54 | 110, 1 |
| 5, 5 | 90, 9 |
Me zvogëlimin e madhësive të pikselëve, kufiri i lidhur Nyquist në lp/mm rritet proporcionalisht. Për të përcaktuar pikën minimale absolute të zgjidhshme që mund të shihet në një objekt, duhet të llogaritet raporti i fushës së shikimit me madhësinë e sensorit. Kjo njihet edhe si shtim primar.sistemet (PMAG).
Marrëdhënia e lidhur me sistemin PMAG lejon shkallëzimin e rezolucionit të hapësirës së imazhit. Në mënyrë tipike, kur dizajnoni një aplikacion, ai nuk specifikohet në lp/mm, por më tepër në mikronë (µm) ose fraksione të një inçi. Mund të kaloni shpejt në rezolucionin përfundimtar të një objekti duke përdorur formulën e mësipërme për ta bërë më të lehtë zgjedhjen e rezolucionit të lenteve z. Është gjithashtu e rëndësishme të kihet parasysh se ka shumë faktorë shtesë dhe kufizimi i mësipërm është shumë më pak i prirur ndaj gabimeve sesa kompleksiteti i marrjes parasysh të shumë faktorëve dhe llogaritja e tyre duke përdorur ekuacione.
Llogarit gjatësinë fokale
Rezolucioni i një imazhi është numri i pikselëve në të. Përcaktuar në dy dimensione, për shembull, 640X480. Llogaritjet mund të bëhen veçmas për çdo dimension, por për thjeshtësi kjo shpesh reduktohet në një. Për të bërë matje të sakta në një imazh, duhet të përdorni të paktën dy pikselë për çdo zonë më të vogël që dëshironi të zbuloni. Madhësia e sensorit i referohet një treguesi fizik dhe, si rregull, nuk tregohet në të dhënat e pasaportës. Mënyra më e mirë për të përcaktuar madhësinë e një sensori është të shikoni parametrat e pikselit në të dhe ta shumëzoni atë me raportin e pamjes, në të cilin rast fuqia zgjidhëse e lentës zgjidh problemet e një shkrepjeje të keqe.
Për shembull, kamera Basler acA1300-30um ka një madhësi piksel prej 3,75 x 3,75 um dhe një rezolucion prej 1296 x 966 piksele. Madhësia e sensorit është 3,75 μm x 1296 me 3,75 μm x 966=4,86 x 3,62 mm.
Formati i sensorit i referohet madhësisë fizike dhe nuk varet nga madhësia e pikselit. Ky cilësim përdoret përpërcaktoni se me cilën lente është e përputhshme kamera. Që ato të përputhen, formati i lenteve duhet të jetë më i madh ose i barabartë me madhësinë e sensorit. Nëse përdoret një lente me një raport më të vogël pamjeje, imazhi do të pësojë vinetim. Kjo bën që zonat e sensorit jashtë skajit të formatit të lenteve të errësohen.
Zgjedhja e pikselëve dhe kamerave
Për të parë objektet në imazh, duhet të ketë hapësirë të mjaftueshme ndërmjet tyre në mënyrë që të mos bashkohen me pikselët fqinjë, përndryshe do të jenë të padallueshëm nga njëri-tjetri. Nëse objektet janë nga një piksel secila, ndarja midis tyre duhet të jetë gjithashtu të paktën një element, falë kësaj formohet një palë linjash, e cila në fakt ka dy piksel në madhësi. Kjo është një nga arsyet pse është e gabuar të matet rezolucioni i kamerave dhe lenteve në megapiksel.
Është në fakt më e lehtë të përshkruash aftësitë e rezolucionit të një sistemi për sa i përket frekuencës së çifteve të linjave. Nga kjo rrjedh se me zvogëlimin e madhësisë së pikselit, rezolucioni rritet sepse mund të vendosni objekte më të vogla në elementë më të vegjël dixhitalë, të keni më pak hapësirë midis tyre dhe të zgjidhni ende distancën midis subjekteve që shkrepni.
Ky është një model i thjeshtuar se si sensori i kamerës zbulon objektet pa marrë parasysh zhurmën ose parametrat e tjerë dhe është situata ideale.
grafikët e kontrastit MTF
Shumica e lenteve nuk janë sisteme optike perfekte. Drita që kalon përmes një lente pëson një shkallë të caktuar degradimi. Pyetja është se si të vlerësohet kjodegradim? Para se t'i përgjigjemi kësaj pyetjeje, është e nevojshme të përkufizohet koncepti i "modulimit". Kjo e fundit është një masë e lenteve të kontrastit në një frekuencë të caktuar. Dikush mund të përpiqet të analizojë imazhet e botës reale të marra përmes një lente për të përcaktuar modulimin ose kontrastin për detaje të madhësive ose frekuencave të ndryshme (hapësira), por kjo është shumë jopraktike.
Në vend të kësaj, është shumë më e lehtë për të matur modulimin ose kontrastin për çifte vijash të alternuara të bardha dhe të errëta. Ata quhen rrjetë drejtkëndëshe. Intervali i vijave në një rrjetë valësh drejtkëndore është frekuenca (v), për të cilën funksioni i modulimit ose kontrasti i thjerrëzës dhe rezolucioni maten në cm.
Sasia maksimale e dritës do të vijë nga brezat e dritës dhe minimumi nga brezat e errët. Nëse drita matet në terma të shkëlqimit (L), modulimi mund të përcaktohet sipas ekuacionit të mëposhtëm:
modulim=(Lmax - Lmin) / (Lmax + Lmin), ku: Lmax është shkëlqimi maksimal i vijave të bardha në grilë dhe Lmin është ndriçimi minimal i atyre të errëta.
Kur modulimi përkufizohet në termat e dritës, ai shpesh quhet kontrasti Michelson sepse merr raportin e ndriçimit nga brezat e dritës dhe të errët për të matur kontrastin.
Për shembull, ekziston një rrjetë valësh katrore e një frekuence të caktuar (v) dhe modulimi, dhe një kontrast i natyrshëm midis zonave të errëta dhe të lehta të reflektuara nga kjo grilë përmes thjerrëzave. Modulimi i imazhit dhe kështu kontrasti i lenteve matet për një frekuencë të caktuarshufra (v).
Funksioni i transferimit të modulimit (MTF) përcaktohet si modulimi M i i imazhit i ndarë me modulimin e stimulit (objektit) M o, siç tregohet në ekuacionin e mëposhtëm.
|
MTF (v)=M i / M 0 |
Rrjetat testuese USF janë printuar në letër lazer 98% të shndritshme. Toneri i zi i printerit lazer ka një reflektim prej rreth 10%. Pra, vlera për M 0 është 88%. Por meqenëse filmi ka një gamë dinamike më të kufizuar në krahasim me syrin e njeriut, është e sigurt të supozohet se M 0 është në thelb 100% ose 1. Kështu formula e mësipërme zbret në më poshtë. ekuacion i thjeshtë:
|
MTF (v)=Mi |
Pra, lentja MTF për një frekuencë të caktuar të grilave (v) është thjesht modulimi i matur i grilave (Mi) kur fotografohet përmes një lente në film.
Rezolucioni i mikroskopit
Rezolucioni i një objektivi mikroskopi është distanca më e shkurtër midis dy pikave të dallueshme në fushën e tij të shikimit që mund të dallohen ende si objekte të ndryshme.
Nëse dy pika janë më afër njëra-tjetrës se rezolucioni juaj, ato do të duken të paqarta dhe pozicionet e tyre do të jenë të pasakta. Mikroskopi mund të ofrojë zmadhim të lartë, por nëse lentet janë të cilësisë së dobët, rezolucioni i dobët që rezulton do të degradojë cilësinë e figurës.
Më poshtë është ekuacioni Abbe, ku rezolucionifuqia e objektivit të mikroskopit z është fuqia zgjidhëse e barabartë me gjatësinë e valës së dritës së përdorur pjesëtuar me 2 (hapja numerike e objektivit).
Disa elementë ndikojnë në rezolucionin e një mikroskopi. Një mikroskop optik i vendosur në zmadhim të lartë mund të prodhojë një imazh që është i turbullt, por është ende në rezolucionin maksimal të thjerrëzës.
Apertura dixhitale e një lente ndikon në rezolucionin. Fuqia zgjidhëse e një objektivi mikroskopi është një numër që tregon aftësinë e një lente për të mbledhur dritë dhe për të zgjidhur një pikë në një distancë fikse nga objektivi. Pika më e vogël që mund të zgjidhet nga thjerrëza është proporcionale me gjatësinë e valës së dritës së mbledhur të pjesëtuar me numrin numerik të hapjes. Prandaj, një numër më i madh korrespondon me një aftësi më të madhe të thjerrëzës për të zbuluar një pikë të shkëlqyer në fushën e shikimit. Hapja numerike e thjerrëzës varet gjithashtu nga sasia e korrigjimit të devijimit optik.
Rezolucioni i thjerrëzës së teleskopit
Ashtu si një gyp drite, një teleskop është në gjendje të mbledhë dritë në proporcion me sipërfaqen e vrimës, kjo veti është thjerrëza kryesore.
Diametri i bebëzës së errët të përshtatur të syrit të njeriut është pak më pak se 1 centimetër, dhe diametri i teleskopit më të madh optik është 1000 centimetra (10 metra), kështu që teleskopi më i madh është një milion herë më i madh në koleksion. zonë se syri i njeriut.
Kjo është arsyeja pse teleskopët shohin objekte më të zbehta se njerëzit. Dhe keni pajisje që grumbullojnë dritë duke përdorur sensorë elektronik të zbulimit për shumë orë.
Ekzistojnë dy lloje kryesore të teleskopit: refraktorë me bazë lente dhe reflektorë me bazë pasqyre. Teleskopët e mëdhenj janë reflektorë sepse pasqyrat nuk duhet të jenë transparente. Pasqyrat e teleskopit janë ndër modelet më precize. Gabimi i lejuar në sipërfaqe është rreth 1/1000 gjerësia e flokut të njeriut - përmes një vrime 10 metra.
Pasqyrat dikur bëheshin nga pllaka të mëdha qelqi të trasha për t'i mbajtur ato të mos vareshin. Pasqyrat e sotme janë të holla dhe fleksibël, por janë të kontrolluara nga kompjuteri ose ndryshe të segmentuara dhe të rreshtuara nga kontrolli kompjuterik. Përveç detyrës për të gjetur objekte të zbehta, qëllimi i astronomit është edhe të shohë detajet e tyre të imta. Shkalla në të cilën detajet mund të njihen quhet rezolucion:
- Imazhe të paqarta=rezolucion i dobët.
- Imazhe të pastra=rezolucion i mirë.
Për shkak të natyrës valore të dritës dhe fenomeneve të quajtura difraksion, diametri i pasqyrës ose thjerrëzave të teleskopit kufizon rezolucionin e tij përfundimtar në lidhje me diametrin e teleskopit. Rezolucioni këtu nënkupton detajin më të vogël këndor që mund të njihet. Vlerat e vogla korrespondojnë me detaje të shkëlqyera të imazhit.
Radio teleskopët duhet të jenë shumë të mëdhenj për të siguruar rezolucion të mirë. Atmosfera e Tokës ështëturbulente dhe turbullon imazhet e teleskopit. Astronomët tokësorë rrallë mund të arrijnë rezolucionin maksimal të aparatit. Efekti i turbullt i atmosferës në një yll quhet vizion. Kjo turbulencë bën që yjet të "shkëlqejnë". Për të shmangur këto turbullira atmosferike, astronomët lëshojnë teleskopë në hapësirë ose i vendosin në male të larta me kushte të qëndrueshme atmosferike.
Shembuj të llogaritjes së parametrave
Të dhënat për të përcaktuar rezolucionin e lenteve Canon:
- Madhësia e pikselit=3,45 μm x 3,45 μm.
- Piksel (H x V)=2448 x 2050.
- Fusha e dëshiruar e shikimit (horizontale)=100 mm.
- Kufiri i rezolucionit të sensorit: 1000/2x3, 45=145 lp / mm.
- Dimensionet e sensorit:3,45x2448/1000=8,45 mm3, 45x2050/1000=7,07 mm.
- PMAG:8, 45/100=0,0845 mm.
- Rezolucioni i lenteve matëse: 145 x 0,0845=12,25 lp/mm.
Në fakt, këto llogaritje janë mjaft komplekse, por ato do t'ju ndihmojnë të krijoni një imazh bazuar në madhësinë e sensorit, formatin e pikselit, distancën e punës dhe fushën e shikimit në mm. Llogaritja e këtyre vlerave do të përcaktojë lentet më të mira për imazhet dhe aplikacionin tuaj.
Probleme të optikës moderne
Fatkeqësisht, dyfishimi i madhësisë së sensorit krijon probleme shtesë për lentet. Një nga parametrat kryesorë që ndikon në koston e një lente imazhi është formati. Dizenjimi i një lente për një sensor me format më të madh kërkonkomponentë të shumtë individualë optikë, të cilët duhet të jenë më të mëdhenj dhe transferimi i sistemit më i ngurtë.
Një lente e krijuar për një sensor 1" mund të kushtojë pesë herë më shumë se një lente e krijuar për një sensor ½", edhe nëse nuk mund të përdorë të njëjtat specifika me rezolucion të kufizuar pikselësh. Komponenti i kostos duhet të merret parasysh përpara se si për të përcaktuar fuqinë zgjidhëse të një lente.
Imazhe optike sot përballet me më shumë sfida se një dekadë më parë. Sensorët me të cilët përdoren kanë kërkesa shumë më të larta për rezolucion dhe madhësitë e formatit janë njëkohësisht më të vogla dhe më të mëdha, ndërsa madhësia e pikselit vazhdon të zvogëlohet.
Në të kaluarën, optika nuk e kufizonte kurrë sistemin e imazhit, sot e bën. Kur një madhësi tipike pikselësh është rreth 9 µm, një madhësi shumë më e zakonshme është rreth 3 µm. Kjo rritje prej 81 herë në densitetin e pikave ka ndikuar në optikën dhe ndërsa shumica e pajisjeve janë të mira, zgjedhja e lenteve tani është më e rëndësishme se kurrë.
