Rezolyutsiya tasvirlash tizimining ob'ekt tafsilotlarini takrorlash qobiliyatidir va ishlatiladigan yorug'lik turi, sensorning piksel o'lchami va optikaning imkoniyatlari kabi omillarga bog'liq. Mavzuning tafsilotlari qanchalik kichik bo'lsa, linzaning talab qilinadigan ruxsati shunchalik yuqori bo'ladi.
Yechish jarayoniga kirish
Kameraning tasvir sifati sensorga bogʻliq. Oddiy qilib aytganda, raqamli tasvir sensori - bu millionlab yorug'likka sezgir nuqtalarni o'z ichiga olgan kamera korpusidagi chip. Kamera sensorining o'lchami tasvirni yaratish uchun qancha yorug'likdan foydalanish mumkinligini aniqlaydi. Sensor qanchalik katta bo'lsa, tasvir sifati shunchalik yaxshi bo'ladi, chunki ko'proq ma'lumot to'planadi. Odatda raqamli kameralar bozorda 16 mm, Super 35 mm va ba'zan 65 mm gacha bo'lgan sensor o'lchamlari uchun reklama qiladi.
Datchikning oʻlchami kattalashgani sari maʼlum diafragmada maydon chuqurligi pasayadi, chunki kattaroq diafragma sizga yaqinlashishni talab qiladi.ob'ektni qo'ying yoki ramkani to'ldirish uchun uzunroq fokus uzunligidan foydalaning. Bir xil maydon chuqurligini saqlab qolish uchun fotosuratchi kichikroq diafragmalardan foydalanishi kerak.
Bu sayoz maydon chuqurligi, ayniqsa portret uchun fon xiralashishiga erishish uchun ma'qul bo'lishi mumkin, biroq landshaft suratga olish chuqurlikni talab qiladi, bu esa ixcham kameralarning moslashuvchan diafragma o'lchami bilan oson suratga olinadi.
Datchikdagi gorizontal yoki vertikal piksellar sonini boʻlish ularning har biri obʼyektda qancha joy egallashini koʻrsatadi va linzalarni aniqlash quvvatini baholash va qurilmaning raqamli tasvir pikseli oʻlchami haqidagi mijozlarning xavotirlarini hal qilish uchun ishlatilishi mumkin. Boshlanish nuqtasi sifatida tizim ruxsatini aslida nima cheklashi mumkinligini tushunish muhimdir.
Ushbu bayonotni oq fonda bir juft kvadrat misolida ko'rsatish mumkin. Agar kamera sensoridagi kvadratchalar qo'shni piksellar bilan taqqoslansa, ular rasmda (1a) ikkita alohida kvadrat (1b) emas, balki bitta katta to'rtburchak sifatida ko'rinadi. Kvadratchalarni ajratish uchun ular orasida kamida bitta piksel bo'lishi kerak bo'ladi. Ushbu minimal masofa tizimning maksimal ruxsatidir. Mutlaq chegara sensordagi piksellar oʻlchami hamda ularning soni bilan belgilanadi.
Linza xususiyatlarini oʻlchash
Oq va qora kvadratlar oʻrtasidagi munosabat chiziqli juftlik sifatida tasvirlangan. Odatda, ruxsat chastota bilan belgilanadi,millimetr uchun chiziqli juftliklarda o'lchanadi - lp / mm. Afsuski, linzalarning sm o'lchamlari mutlaq raqam emas. Berilgan ruxsatda ikkita kvadratni alohida ob'ektlar sifatida ko'rish qobiliyati kulrang shkala darajasiga bog'liq bo'ladi. Ular va bo'shliq orasidagi kulrang shkala qanchalik katta bo'lsa, bu kvadratlarni hal qilish qobiliyati shunchalik barqaror bo'ladi. Kulrang shkalaning bu boʻlinishi chastota kontrasti deb nomlanadi.
Fazal chastotasi lp/mm da berilgan. Shu sababli, linzalarni solishtirish va berilgan sensorlar va ilovalar uchun eng yaxshi tanlovni aniqlashda lp/mm bo'yicha ruxsatni hisoblash juda foydali. Birinchisi, tizim o'lchamlarini hisoblash boshlanadigan joy. Sensordan boshlab, qurilma yoki boshqa ilovalar talablarini qondirish uchun qanday linzalarning texnik xususiyatlari kerakligini aniqlash osonroq. Sensor Nyquist tomonidan ruxsat etilgan eng yuqori chastota ikki piksel yoki bitta chiziq juftligidir.
Tizim tasvirining boʻsh joy ruxsati deb ham ataladigan linzalarning aniqligi, juftlik yaratish uchun oʻlchamni LM ga 2 ga koʻpaytirish va mm ga aylantirish uchun 1000 ga boʻlish orqali aniqlanishi mumkin:
lp/mm=1000/ (2 X piksel)
Yuqroq pikselli datchiklar piksellar sonini pastroq qiladi. Kichikroq pikselli datchiklar yuqoridagi linza aniqligi formulasiga muvofiq yaxshi ishlaydi.
Faol sensor maydoni
Obyekt uchun maksimal ruxsatni hisoblashingiz mumkinko'rish. Buning uchun sensorning o'lchami, ko'rish maydoni va sensordagi piksellar soni o'rtasidagi nisbat kabi ko'rsatkichlarni farqlash kerak. Ikkinchisining o'lchami kamera sensorining faol maydoni parametrlariga tegishli bo'lib, odatda uning formati o'lchamiga qarab belgilanadi.
Biroq, aniq nisbatlar tomonlar nisbatiga qarab oʻzgaradi va nominal datchik oʻlchamlari faqat koʻrsatma sifatida ishlatilishi kerak, ayniqsa telesentrik linzalar va yuqori kattalashtirish uchun. Sensor oʻlchamini toʻgʻridan-toʻgʻri piksel oʻlchami va faol piksellar sonidan kelib chiqib, linzalar ruxsatini tekshirish uchun hisoblash mumkin.
Jadvalda juda koʻp ishlatiladigan sensorlarda joylashgan piksel oʻlchamlari bilan bogʻliq Nyquist chegarasi koʻrsatilgan.
| Piksel hajmi (µm) | Birlashtirilgan Nyquist chegarasi (lp/mm) |
| 1, 67 | 299, 4 |
| 2, 2 | 227, 3 |
| 3, 45 | 144, 9 |
| 4, 54 | 110, 1 |
| 5, 5 | 90, 9 |
Piksel oʻlchamlari kamayishi bilan lp/mm dagi Nyquist chegarasi mutanosib ravishda ortadi. Ob'ektda ko'rish mumkin bo'lgan mutlaq minimal hal qilinadigan nuqtani aniqlash uchun ko'rish maydonining sensorning o'lchamiga nisbatini hisoblash kerak. Bu, shuningdek, birlamchi kuchaytirish deb ataladi.(PMAG) tizimlari.
PMAG tizimi bilan bogʻliqlik tasvir maydoni oʻlchamlarini masshtablash imkonini beradi. Odatda, dasturni loyihalashda u lp/mm da emas, balki mikron (mkm) yoki dyuymning fraktsiyalarida ko'rsatiladi. Yuqoridagi formuladan foydalanib, linzaning aniqligini z tanlashni osonlashtirish uchun ob'ektning yakuniy ruxsatiga tezda o'tishingiz mumkin. Shuni ham yodda tutish kerakki, ko‘plab qo‘shimcha omillar mavjud va yuqoridagi cheklov ko‘plab omillarni hisobga olish va ularni tenglamalar yordamida hisoblashning murakkabligiga qaraganda kamroq xatolikka yo‘l qo‘ymaydi.
Fokus uzunligini hisoblang
Tasvirning ruxsati undagi piksellar sonidir. Ikki o'lchamda belgilangan, masalan, 640X480. Hisob-kitoblar har bir o'lchov uchun alohida amalga oshirilishi mumkin, ammo soddaligi uchun bu ko'pincha bittaga qisqartiriladi. Rasmda aniq o'lchovlarni amalga oshirish uchun siz aniqlamoqchi bo'lgan har bir eng kichik maydon uchun kamida ikki pikseldan foydalanishingiz kerak. Sensorning o'lchami jismoniy ko'rsatkichga tegishli va, qoida tariqasida, pasport ma'lumotlarida ko'rsatilmagan. Sensorning oʻlchamini aniqlashning eng yaxshi usuli undagi piksel parametrlarini koʻrib chiqish va uni tomonlar nisbatiga koʻpaytirishdir, bu holda linzaning oʻchirish kuchi yomon suratga olish muammolarini hal qiladi.
Masalan, Basler acA1300-30um kamerasi 3,75 x 3,75 um piksel o'lchamiga va 1296 x 966 piksel o'lchamiga ega. Sensor oʻlchami 3,75 mkm x 1296 x 3,75 mm x 966=4,86 x 3,62 mm.
Sensor formati jismoniy oʻlchamga ishora qiladi va piksel oʻlchamiga bogʻliq emas. Bu sozlama uchun ishlatiladikamera qaysi linzaga mos kelishini aniqlang. Ular mos kelishi uchun ob'ektiv formati sensor o'lchamidan kattaroq yoki unga teng bo'lishi kerak. Agar tomonlar nisbati kichikroq bo'lgan linza ishlatilsa, tasvir vinyetni boshdan kechiradi. Bu sensorning ob'ektiv formatining chetidan tashqaridagi joylari qorong'i bo'lishiga olib keladi.
Piksellar va kamera tanlash
Tasvirdagi ob'ektlarni ko'rish uchun ular qo'shni piksellar bilan birlashmasligi uchun ular orasida etarli bo'sh joy bo'lishi kerak, aks holda ular bir-biridan farqlanmaydi. Agar ob'ektlar har biri bitta piksel bo'lsa, ular orasidagi bo'linish ham kamida bitta element bo'lishi kerak, buning natijasida ikkita chiziq o'lchamiga ega bo'lgan juft chiziq hosil bo'ladi. Bu kameralar va linzalarning ruxsatini megapikselda o‘lchash noto‘g‘ri ekanligining sabablaridan biri.
Tizimning ruxsat berish imkoniyatlarini chiziqli juftlik chastotasi nuqtai nazaridan tasvirlash aslida osonroq. Bundan kelib chiqadiki, piksel o'lchami kamayishi bilan piksellar soni oshadi, chunki siz kichikroq raqamli elementlarga kichikroq ob'ektlarni qo'yishingiz, ular orasidagi bo'sh joyni kamaytirishingiz va hali ham suratga olgan ob'ektlar orasidagi masofani hal qilishingiz mumkin.
Bu kamera sensori shovqin yoki boshqa parametrlarni hisobga olmagan holda ob'ektlarni qanday aniqlashining soddalashtirilgan modeli va ideal holat.
MTF kontrast jadvallari
Koʻpchilik linzalar mukammal optik tizimlar emas. Ob'ektiv orqali o'tadigan yorug'lik ma'lum darajada degradatsiyaga uchraydi. Buni qanday baholash kerak degan savol tug'iladidegradatsiya? Bu savolga javob berishdan oldin "modulyatsiya" tushunchasiga ta'rif berish kerak. Ikkinchisi ma'lum bir chastotadagi kontrastning o'lchovidir. Har xil oʻlchamdagi yoki chastotali (boʻshliq) tafsilotlari uchun modulyatsiya yoki kontrastni aniqlash uchun linza orqali olingan real dunyo tasvirlarini tahlil qilishga urinib koʻrish mumkin, ammo bu juda amaliy emas.
Oʻrniga, oʻzgaruvchan oq va quyuq chiziqlar juftligi uchun modulyatsiya yoki kontrastni oʻlchash ancha oson. Ular to'rtburchaklar panjara deb ataladi. To'rtburchaklar to'lqinli panjaradagi chiziqlar oralig'i chastota (v) bo'lib, ular uchun linzalarning modulyatsiya yoki kontrast funksiyasi va ruxsati sm bilan o'lchanadi.
Maksimal yorug'lik miqdori yorug'lik chiziqlaridan, minimal miqdori esa qorong'i chiziqlardan keladi. Agar yorug'lik yorqinligi (L) bo'yicha o'lchansa, modulyatsiyani quyidagi tenglama bo'yicha aniqlash mumkin:
modulyatsiya=(Lmax - Lmin) / (Lmax + Lmin), bu yerda: Lmax - panjaradagi oq chiziqlarning maksimal yorqinligi, Lmin esa quyuq chiziqlarning minimal yorqinligi.
Modulyatsiya yorugʻlik nuqtai nazaridan taʼriflanganda, u koʻpincha Mishelson kontrasti deb ataladi, chunki u kontrastni oʻlchash uchun yorugʻlik va qorongʻu chiziqlardagi yorugʻlik nisbatini oladi.
Masalan, ma'lum bir chastota (v) va modulyatsiyaning kvadrat to'lqinli panjarasi va bu panjaradan linzalar orqali aks ettirilgan qorong'u va yorug' joylar o'rtasidagi o'ziga xos kontrast mavjud. Tasvir modulyatsiyasi va shuning uchun linzalarning kontrasti ma'lum bir chastota uchun o'lchanadibarlar (v).
Modulyatsiya uzatish funksiyasi (MTF) tasvirning modulyatsiyasi M i stimul (obyekt) M o modulyatsiyasiga boʻlingan holda aniqlanadi., quyidagi tenglamada koʻrsatilganidek.
|
MTF (v)=M i / M 0 |
USF sinov panjaralari 98% yorqin lazer qog'ozida chop etilgan. Qora lazerli printer toneri taxminan 10% ni aks ettiradi. Shunday qilib, M 0 qiymati 88%. Ammo kino inson ko'ziga nisbatan cheklangan dinamik diapazonga ega bo'lgani uchun M 0 ni 100% yoki 1 deb taxmin qilish mumkin. oddiy tenglama:
|
MTF (v)=Mi |
Demak, ma'lum bir panjara chastotasi (v) uchun MTF len oddiygina plyonkaga ob'ektiv orqali suratga olinganda o'lchangan panjara modulyatsiyasi (Mi).
Mikroskop ruxsati
Mikroskop ob'yektivining o'lchamlari uning ko'rish maydonidagi turli xil ob'ektlar sifatida farqlanishi mumkin bo'lgan ikkita aniq nuqta orasidagi eng qisqa masofadir.
Agar ikkita nuqta sizning ruxsatingizdan bir-biriga yaqinroq boʻlsa, ular noaniq koʻrinadi va ularning joylashuvi notoʻgʻri boʻladi. Mikroskop yuqori kattalashtirishni taklif qilishi mumkin, lekin linzalar sifatsiz boʻlsa, natijada sifatsiz piksellar soni tasvir sifatini pasaytiradi.
Quyida Abbe tenglamasi mavjud, bu erda rezolyutsiyamikroskop ob'ektivining kuchi z - ishlatiladigan yorug'lik to'lqin uzunligining 2 ga bo'linganiga teng bo'lgan ajratish kuchi (ob'ektivning raqamli teshigi).
Bir nechta elementlar mikroskopning aniqligiga ta'sir qiladi. Yuqori kattalashtirishda oʻrnatilgan optik mikroskop loyqa tasvirni chiqarishi mumkin, lekin u hali ham linzaning maksimal ruxsatida.
Obyektivning raqamli diafragma aniqlikka ta'sir qiladi. Mikroskop ob'ektivining ajralish kuchi - linzalarning yorug'likni to'plash va ob'ektivdan belgilangan masofadagi nuqtani hal qilish qobiliyatini ko'rsatadigan raqam. Ob'ektiv tomonidan hal qilinishi mumkin bo'lgan eng kichik nuqta to'plangan yorug'likning to'lqin uzunligining raqamli diafragma soniga bo'linishi bilan mutanosibdir. Shu sababli, kattaroq raqam linzaning ko‘rish sohasida ajoyib nuqtani aniqlash qobiliyatiga to‘g‘ri keladi. Ob’ektivning raqamli diafragma ham optik aberatsiyani tuzatish miqdoriga bog‘liq.
Teleskop linzalarining ruxsati
Teleskop yorug'lik hunisi kabi teshik maydoniga mutanosib ravishda yorug'lik to'plashga qodir, bu xususiyat asosiy linzadir.
Inson ko'zining qorong'i moslashgan qorachig'ining diametri atigi 1 santimetrdan ozroq, eng katta optik teleskopning diametri esa 1000 santimetr (10 metr), shuning uchun eng katta teleskop yig'ilishda million marta kattaroqdir. inson ko'zidan ko'ra maydon.
Shuning uchun teleskoplar odamlarga qaraganda zaifroq narsalarni ko'radi. Elektron aniqlash datchiklari yordamida koʻp soat davomida yorugʻlikni toʻplaydigan qurilmalarga ega boʻling.
Teleskopning ikkita asosiy turi mavjud: linzali refraktorlar va oynaga asoslangan reflektorlar. Katta teleskoplar reflektordir, chunki nometall shaffof bo'lishi shart emas. Teleskop nometalllari eng aniq dizaynlardan biridir. Sirtdagi ruxsat etilgan xatolik 10 metrlik teshik orqali inson sochining 1/1000 kengligini tashkil qiladi.
Koʻzgular choʻkmasligi uchun katta qalin shisha plitalardan yasalar edi. Bugungi nometall nozik va moslashuvchan, lekin kompyuter tomonidan boshqariladi yoki boshqa yo'l bilan segmentlarga bo'linadi va kompyuter nazorati bilan hizalanadi. Astronomning maqsadi zaif jismlarni topish vazifasidan tashqari, ularning nozik detallarini ham ko'rishdir. Tafsilotlarni tanib olish darajasi rezolyutsiya deb ataladi:
- Noaniq tasvirlar=sifatsiz.
- Toza rasmlar=yaxshi piksellar soni.
Yorug'lik va diffraktsiya deb ataladigan hodisalarning to'lqinli tabiati tufayli teleskop oynasi yoki linzalari diametri uning teleskop diametriga nisbatan yakuniy ruxsatini cheklaydi. Bu erda rezolyutsiya tan olinishi mumkin bo'lgan eng kichik burchak tafsilotini anglatadi. Kichik qiymatlar ajoyib tasvir tafsilotlariga mos keladi.
Radioteleskoplar yaxshi aniqlikni ta'minlash uchun juda katta bo'lishi kerak. Yer atmosferasiturbulent va xiralashgan teleskop tasvirlari. Er astronomlari apparatning maksimal ruxsatiga kamdan-kam erisha oladilar. Yulduzga atmosferaning turbulent ta'siri ko'rish deyiladi. Bu turbulentlik yulduzlarning “miltillashiga” olib keladi. Atmosfera xiralashishiga yo'l qo'ymaslik uchun astronomlar teleskoplarni koinotga uchiradi yoki ularni atmosfera sharoiti barqaror bo'lgan baland tog'larga joylashtiradi.
Parametrlarni hisoblash misollari
Canon linzalari ruxsatini aniqlash uchun ma'lumotlar:
- Piksel oʻlchami=3.45 µm x 3.45 µm.
- Piksel (Y x V)=2448 x 2050.
- Istalgan koʻrish maydoni (gorizontal)=100 mm.
- Sensor ruxsati chegarasi: 1000/2x3, 45=145 lp/mm.
- Datchik oʻlchamlari:3,45x2448/1000=8,45 mm3, 45x2050/1000=7,07 mm.
- PMAG:8, 45/100=0,0845 mm.
- Linzaning oʻlchami: 145 x 0.0845=12.25 lp/mm.
Aslida, bu hisoblar ancha murakkab, ammo ular sensor oʻlchami, piksel formati, ish masofasi va mmdagi koʻrish maydoniga asoslangan tasvirni yaratishga yordam beradi. Ushbu qiymatlarni hisoblash rasmlaringiz va ilovangiz uchun eng yaxshi linzani aniqlaydi.
Zamonaviy optika muammolari
Afsuski, sensorning oʻlchamini ikki baravar oshirish linzalar uchun qoʻshimcha muammolarni keltirib chiqaradi. Tasvir linzalari narxiga ta'sir qiluvchi asosiy parametrlardan biri bu formatdir. Kattaroq formatli sensor uchun linzalarni loyihalash talab qiladiko'p sonli individual optik komponentlar, ular kattaroq bo'lishi kerak va tizimni uzatish yanada qattiqroq bo'lishi kerak.
1 dyuymli datchik uchun moʻljallangan linza ½ sensor uchun moʻljallangan ob'ektivdan besh baravar qimmat turadi, hatto u cheklangan piksel oʻlchamlari bilan bir xil texnik xususiyatlardan foydalanmasa ham. Qanday qilib xarajat komponentini hisobga olish kerak. ob'ektivning o'lchamlarini aniqlash uchun.
Optik tasvirlash bugungi kunda oʻn yil oldingiga qaraganda koʻproq muammolarga duch kelmoqda. Ular ishlatiladigan datchiklar ancha yuqori aniqlik talablariga ega va format oʻlchamlari bir vaqtning oʻzida kichikroq va kattaroq boshqariladi, piksel oʻlchami esa qisqarishda davom etadi.
Oʻtmishda optika tasvirlash tizimini hech qachon cheklamagan boʻlsa, bugun ham shunday. Oddiy piksel o'lchami taxminan 9 mkm bo'lgan joyda, ancha keng tarqalgan o'lcham 3 mkm atrofida bo'ladi. Nuqta zichligining bu 81 baravar oshishi optikaga salbiy taʼsir koʻrsatdi va aksariyat qurilmalar yaxshi boʻlsa-da, linzalarni tanlash endi har qachongidan ham muhimroq.
