Resolution ialah keupayaan sistem pengimejan untuk mengeluarkan semula butiran objek dan bergantung pada faktor seperti jenis pencahayaan yang digunakan, saiz piksel penderia dan keupayaan optik. Lebih kecil butiran subjek, lebih tinggi resolusi kanta yang diperlukan.
Pengenalan kepada proses penyelesaian
Kualiti imej kamera bergantung pada penderia. Ringkasnya, penderia imej digital ialah cip di dalam badan kamera yang mengandungi berjuta-juta bintik sensitif cahaya. Saiz penderia kamera menentukan jumlah cahaya yang boleh digunakan untuk mencipta imej. Lebih besar penderia, lebih baik kualiti imej kerana lebih banyak maklumat dikumpul. Biasanya kamera digital mengiklankan di pasaran untuk saiz penderia 16mm, Super 35mm dan kadangkala sehingga 65mm.
Apabila saiz penderia bertambah, kedalaman medan akan berkurangan pada apertur tertentu, kerana rakan sejawat yang lebih besar memerlukan anda untuk mendekatiobjek atau gunakan jarak fokus yang lebih panjang untuk mengisi bingkai. Untuk mengekalkan kedalaman medan yang sama, jurugambar mesti menggunakan apertur yang lebih kecil.
Bidang kedalaman cetek ini mungkin diingini, terutamanya untuk mencapai kekaburan latar belakang untuk potret, tetapi fotografi landskap memerlukan lebih mendalam, yang lebih mudah untuk ditangkap dengan saiz apertur fleksibel kamera kompak.
Membahagikan bilangan piksel mendatar atau menegak pada penderia akan menunjukkan jumlah ruang yang diduduki setiap satu pada objek, dan boleh digunakan untuk menilai kuasa penyelesaian lensa dan menyelesaikan kebimbangan pelanggan tentang saiz piksel imej digital peranti. Sebagai titik permulaan, adalah penting untuk memahami perkara yang sebenarnya boleh mengehadkan resolusi sistem.
Pernyataan ini boleh ditunjukkan melalui contoh sepasang petak pada latar belakang putih. Jika petak pada penderia kamera dipetakan kepada piksel bersebelahan, maka ia akan muncul sebagai satu segi empat tepat besar dalam imej (1a) dan bukannya dua petak berasingan (1b). Untuk membezakan petak, ruang tertentu diperlukan di antara mereka, sekurang-kurangnya satu piksel. Jarak minimum ini ialah resolusi maksimum sistem. Had mutlak ditentukan oleh saiz piksel pada penderia, serta bilangannya.
Mengukur ciri kanta
Hubungan antara segi empat sama hitam dan putih yang berselang-seli diterangkan sebagai pasangan linear. Biasanya, resolusi ditentukan oleh kekerapan,diukur dalam pasangan garisan per milimeter - lp/mm. Malangnya, resolusi kanta dalam cm bukan nombor mutlak. Pada resolusi tertentu, keupayaan untuk melihat dua petak sebagai objek berasingan akan bergantung pada tahap skala kelabu. Lebih besar pemisahan skala kelabu antara mereka dan ruang, lebih stabil adalah keupayaan untuk menyelesaikan kuasa dua ini. Pembahagian skala kelabu ini dikenali sebagai kontras kekerapan.
Kekerapan spatial diberikan dalam lp/mm. Atas sebab ini, pengiraan resolusi dari segi lp/mm amat berguna apabila membandingkan kanta dan menentukan pilihan terbaik untuk penderia dan aplikasi tertentu. Yang pertama ialah di mana pengiraan resolusi sistem bermula. Bermula dengan sensor, lebih mudah untuk menentukan spesifikasi lensa yang diperlukan untuk memenuhi keperluan peranti atau aplikasi lain. Frekuensi tertinggi yang dibenarkan oleh penderia, Nyquist, secara berkesan adalah dua piksel atau satu pasangan baris.
Definisi resolusi kanta, juga dipanggil resolusi ruang imej sistem, boleh ditentukan dengan mendarab saiz dalam Μm dengan 2 untuk mencipta pasangan dan membahagikan dengan 1000 untuk menukar kepada mm:
lp/mm=1000/ (2 X piksel)
Penderia dengan piksel yang lebih besar akan mempunyai had peleraian yang lebih rendah. Penderia dengan piksel yang lebih kecil akan berprestasi lebih baik mengikut formula peleraian lensa di atas.
Kawasan penderia aktif
Anda boleh mengira peleraian maksimum untuk objek tersebutmelihat. Untuk melakukan ini, adalah perlu untuk membezakan antara penunjuk seperti nisbah antara saiz sensor, medan pandangan dan bilangan piksel pada sensor. Saiz yang terakhir merujuk kepada parameter kawasan aktif penderia kamera, biasanya ditentukan oleh saiz formatnya.
Walau bagaimanapun, perkadaran tepat akan berbeza mengikut nisbah bidang dan saiz penderia nominal hanya boleh digunakan sebagai garis panduan, terutamanya untuk kanta telesentrik dan pembesaran tinggi. Saiz penderia boleh dikira terus daripada saiz piksel dan bilangan piksel aktif untuk melaksanakan ujian peleraian lensa.
Jadual menunjukkan had Nyquist yang dikaitkan dengan saiz piksel yang terdapat pada beberapa penderia yang sangat biasa digunakan.
| Saiz piksel (µm) | Had Nyquist Berganding (lp / mm) |
| 1, 67 | 299, 4 |
| 2, 2 | 227, 3 |
| 3, 45 | 144, 9 |
| 4, 54 | 110, 1 |
| 5, 5 | 90, 9 |
Apabila saiz piksel berkurangan, had Nyquist yang berkaitan dalam lp/mm meningkat secara berkadar. Untuk menentukan titik boleh diselesaikan minimum mutlak yang boleh dilihat pada objek, nisbah medan pandangan kepada saiz sensor mesti dikira. Ini juga dikenali sebagai pembesaran primer.sistem (PMAG).
Perhubungan yang dikaitkan dengan sistem PMAG membolehkan penskalaan resolusi ruang imej. Biasanya, apabila mereka bentuk aplikasi, ia tidak dinyatakan dalam lp/mm, sebaliknya dalam mikron (µm) atau pecahan satu inci. Anda boleh melompat ke resolusi muktamad objek dengan cepat dengan menggunakan formula di atas untuk memudahkan anda memilih resolusi kanta z. Ia juga penting untuk diingat bahawa terdapat banyak faktor tambahan, dan had di atas adalah kurang terdedah kepada ralat daripada kerumitan mengambil kira banyak faktor dan mengiranya menggunakan persamaan.
Kira jarak fokus
Leraian imej ialah bilangan piksel di dalamnya. Ditetapkan dalam dua dimensi, sebagai contoh, 640X480. Pengiraan boleh dilakukan secara berasingan untuk setiap dimensi, tetapi untuk kesederhanaan ini sering dikurangkan kepada satu. Untuk membuat ukuran yang tepat pada imej, anda perlu menggunakan sekurang-kurangnya dua piksel untuk setiap kawasan terkecil yang anda ingin kesan. Saiz sensor merujuk kepada penunjuk fizikal dan, sebagai peraturan, tidak ditunjukkan dalam data pasport. Cara terbaik untuk menentukan saiz penderia adalah dengan melihat parameter piksel padanya dan darabkannya dengan nisbah bidang, dalam hal ini kuasa penyelesaian lensa menyelesaikan masalah tangkapan buruk.
Sebagai contoh, kamera Basler acA1300-30um mempunyai saiz piksel 3.75 x 3.75um dan resolusi 1296 x 966 piksel. Saiz penderia ialah 3.75 µm x 1296 kali 3.75 µm x 966=4.86 x 3.62 mm.
Format penderia merujuk kepada saiz fizikal dan tidak bergantung pada saiz piksel. Tetapan ini digunakan untuktentukan lensa yang mana kamera itu serasi. Untuk dipadankan, format kanta mestilah lebih besar daripada atau sama dengan saiz penderia. Jika kanta dengan nisbah bidang yang lebih kecil digunakan, imej akan mengalami vignetting. Ini menyebabkan kawasan penderia di luar tepi format kanta menjadi gelap.
Pixel dan pemilihan kamera
Untuk melihat objek dalam imej, mesti ada ruang yang cukup di antara mereka supaya ia tidak bergabung dengan piksel yang bersebelahan, jika tidak, ia tidak akan dapat dibezakan antara satu sama lain. Jika objek adalah satu piksel setiap satu, pemisahan di antara mereka juga mestilah sekurang-kurangnya satu elemen, berkat ini sepasang garis terbentuk, yang sebenarnya mempunyai dua piksel dalam saiz. Ini adalah salah satu sebab mengapa mengukur resolusi kamera dan kanta dalam megapiksel adalah tidak betul.
Sebenarnya lebih mudah untuk menerangkan keupayaan resolusi sesuatu sistem dari segi kekerapan pasangan talian. Oleh itu, apabila saiz piksel berkurangan, resolusi meningkat kerana anda boleh meletakkan objek yang lebih kecil pada elemen digital yang lebih kecil, mempunyai ruang yang lebih sedikit di antara mereka dan masih menyelesaikan jarak antara subjek yang anda rakam.
Ini ialah model ringkas tentang cara penderia kamera mengesan objek tanpa mengambil kira hingar atau parameter lain, dan merupakan situasi yang ideal.
carta kontras MTF
Kebanyakan kanta bukanlah sistem optik yang sempurna. Cahaya yang melalui kanta mengalami tahap degradasi tertentu. Persoalannya ialah bagaimana untuk menilai inikemerosotan? Sebelum menjawab soalan ini, adalah perlu untuk menentukan konsep "modulasi". Yang terakhir ialah ukuran kontras len pada frekuensi tertentu. Seseorang boleh cuba menganalisis imej dunia sebenar yang diambil melalui kanta untuk menentukan modulasi atau kontras untuk butiran saiz atau frekuensi yang berbeza (jarak), tetapi ini sangat tidak praktikal.
Sebaliknya, lebih mudah untuk mengukur modulasi atau kontras untuk pasangan garis putih dan gelap berselang-seli. Mereka dipanggil kekisi segi empat tepat. Selang garisan dalam parut gelombang segi empat tepat ialah frekuensi (v), yang mana modulasi atau fungsi kontras kanta dan resolusi diukur dalam cm.
Jumlah maksimum cahaya akan datang daripada jalur cahaya, dan minimum daripada jalur gelap. Jika cahaya diukur dari segi kecerahan (L), modulasi boleh ditentukan mengikut persamaan berikut:
modulasi=(Lmaks - Lmin) / (Lmaks + Lmin), di mana: Lmaks ialah kecerahan maksimum garis putih dalam parut, dan Lmin ialah kecerahan minimum bagi garisan gelap.
Apabila modulasi ditakrifkan dari segi cahaya, ia sering dirujuk sebagai kontras Michelson kerana ia mengambil nisbah kecerahan daripada jalur terang dan gelap untuk mengukur kontras.
Sebagai contoh, terdapat parut gelombang persegi bagi frekuensi tertentu (v) dan modulasi, dan kontras yang wujud antara kawasan gelap dan terang yang dipantulkan daripada parut ini melalui kanta. Modulasi imej dan dengan itu kontras kanta diukur untuk frekuensi tertentubar (v).
Fungsi pemindahan modulasi (MTF) ditakrifkan sebagai modulasi M i imej dibahagikan dengan modulasi rangsangan (objek) M o, seperti ditunjukkan dalam persamaan berikut.
|
MTF (v)=M i / M 0 |
Grid ujian USF dicetak pada kertas laser terang 98%. Toner pencetak laser hitam mempunyai pantulan kira-kira 10%. Jadi nilai untuk M 0 ialah 88%. Tetapi memandangkan filem mempunyai julat dinamik yang lebih terhad berbanding dengan mata manusia, adalah selamat untuk mengandaikan bahawa M 0 pada dasarnya adalah 100% atau 1. Jadi formula di atas bermuara kepada perkara berikut. persamaan mudah:
|
MTF (v)=Mi |
Jadi len MTF untuk frekuensi parut tertentu (v) hanyalah modulasi parut terukur (Mi) apabila diambil gambar melalui kanta pada filem.
resolusi mikroskop
Leraian objektif mikroskop ialah jarak terpendek antara dua titik berbeza dalam bidang pandangan kanta mata yang masih boleh dibezakan sebagai objek berbeza.
Jika dua titik lebih rapat daripada resolusi anda, ia akan kelihatan kabur dan kedudukannya akan menjadi tidak tepat. Mikroskop mungkin menawarkan pembesaran yang tinggi, tetapi jika kanta tidak berkualiti, resolusi yang lemah akan merendahkan kualiti imej.
Di bawah ialah persamaan Abbe, dengan peleraiankuasa objektif mikroskop z ialah kuasa penyelesaian bersamaan dengan panjang gelombang cahaya yang digunakan dibahagikan dengan 2 (bukaan berangka objektif).
Beberapa elemen mempengaruhi resolusi mikroskop. Mikroskop optik yang ditetapkan pada pembesaran tinggi mungkin menghasilkan imej yang kabur, namun ia masih pada resolusi maksimum kanta.
Apertur digital lensa mempengaruhi peleraian. Kuasa penyelesaian objektif mikroskop ialah nombor yang menunjukkan keupayaan kanta untuk mengumpul cahaya dan menyelesaikan titik pada jarak tetap dari objektif. Titik terkecil yang boleh diselesaikan oleh kanta adalah berkadar dengan panjang gelombang cahaya terkumpul dibahagikan dengan nombor apertur berangka. Oleh itu, nombor yang lebih besar sepadan dengan keupayaan kanta yang lebih besar untuk mengesan titik yang sangat baik dalam bidang pandangan. Apertur berangka kanta juga bergantung pada jumlah pembetulan aberasi optik.
Resolusi kanta teleskop
Seperti corong cahaya, teleskop mampu mengumpul cahaya mengikut kadar keluasan lubang, sifat ini adalah kanta utama.
Diameter anak mata manusia yang disesuaikan dengan gelap hanya di bawah 1 sentimeter, dan diameter teleskop optik terbesar ialah 1,000 sentimeter (10 meter), supaya teleskop terbesar adalah satu juta kali lebih besar dalam koleksi kawasan daripada mata manusia.
Inilah sebabnya teleskop melihat objek yang lebih samar daripada manusia. Dan mempunyai peranti yang mengumpul cahaya menggunakan penderia pengesanan elektronik selama berjam-jam.
Terdapat dua jenis teleskop utama: refraktor berasaskan kanta dan pemantul berasaskan cermin. Teleskop besar adalah pemantul kerana cermin tidak perlu lutsinar. Cermin teleskop adalah antara reka bentuk yang paling tepat. Ralat yang dibenarkan pada permukaan adalah kira-kira 1/1000 lebar rambut manusia - melalui lubang 10 meter.
Cermin dahulunya diperbuat daripada papak kaca tebal yang besar untuk mengelakkannya daripada kendur. Cermin hari ini adalah nipis dan fleksibel, tetapi dikawal oleh komputer atau sebaliknya dibahagikan dan diselaraskan dengan kawalan komputer. Di samping tugas mencari objek pengsan, matlamat ahli astronomi juga adalah untuk melihat butiran halus mereka. Tahap di mana butiran boleh dikenali dipanggil resolusi:
- Imej kabur=peleraian lemah.
- Imej yang jelas=peleraian yang baik.
Disebabkan sifat gelombang cahaya dan fenomena yang dipanggil pembelauan, diameter cermin atau kanta teleskop mengehadkan resolusi muktamadnya berbanding diameter teleskop. Resolusi di sini bermaksud butiran sudut terkecil yang boleh dikenali. Nilai kecil sepadan dengan perincian imej yang sangat baik.
Teleskop radio mestilah sangat besar untuk memberikan peleraian yang baik. Atmosfera bumi ialahimej teleskop bergelora dan kabur. Ahli astronomi terestrial jarang dapat mencapai resolusi maksimum radas. Kesan gelora atmosfera pada bintang dipanggil penglihatan. Pergolakan ini menyebabkan bintang "berkelip". Untuk mengelakkan kekaburan atmosfera ini, ahli astronomi melancarkan teleskop ke angkasa lepas atau meletakkannya di pergunungan tinggi dengan keadaan atmosfera yang stabil.
Contoh pengiraan parameter
Data untuk menentukan peleraian lensa Canon:
- Saiz piksel=3.45 µm x 3.45 µm.
- Piksel (H x V)=2448 x 2050.
- Medan pandangan yang diingini (mendatar)=100 mm.
- Had peleraian penderia: 1000/2x3, 45=145 lp / mm.
- Dimensi Penderia:3.45x2448/1000=8.45 mm3, 45x2050/1000=7.07 mm.
- PMAG:8, 45/100=0.0845 mm.
- Mengukur peleraian kanta: 145 x 0.0845=12.25 lp/mm.
Sebenarnya, pengiraan ini agak rumit, tetapi pengiraan ini akan membantu anda membuat imej berdasarkan saiz penderia, format piksel, jarak kerja dan medan pandangan dalam mm. Mengira nilai ini akan menentukan lensa terbaik untuk imej dan aplikasi anda.
Masalah optik moden
Malangnya, menggandakan saiz penderia menimbulkan masalah tambahan untuk kanta. Salah satu parameter utama yang mempengaruhi kos kanta imej ialah format. Mereka bentuk lensa untuk penderia format yang lebih besar memerlukanbanyak komponen optik individu, yang sepatutnya lebih besar dan pemindahan sistem lebih tegar.
Kanta yang direka untuk penderia 1" boleh berharga lima kali ganda berbanding kanta yang direka untuk penderia ½", walaupun ia tidak boleh menggunakan spesifikasi yang sama dengan resolusi piksel terhad. Komponen kos mesti dipertimbangkan sebelum cara untuk menentukan kuasa penyelesaian kanta.
Pengimejan optik hari ini menghadapi lebih banyak cabaran berbanding sedekad yang lalu. Penderia yang digunakan dengannya mempunyai keperluan resolusi yang jauh lebih tinggi dan saiz format didorong secara serentak dengan lebih kecil dan lebih besar, manakala saiz piksel terus mengecil.
Dahulu, optik tidak pernah mengehadkan sistem pengimejan, hari ini ia mengehadkan. Jika saiz piksel biasa adalah sekitar 9 µm, saiz yang lebih biasa ialah sekitar 3 µm. Peningkatan 81x ganda dalam ketumpatan titik ini telah menjejaskan optik, dan walaupun kebanyakan peranti bagus, pemilihan lensa kini lebih penting berbanding sebelum ini.
