Qətiyyət təsvir sisteminin obyektin təfərrüatlarını təkrar istehsal etmək qabiliyyətidir və istifadə olunan işıqlandırma növü, sensorun piksel ölçüsü və optikanın imkanları kimi amillərdən asılıdır. Mövzunun təfərrüatı nə qədər kiçik olsa, linzanın tələb olunan ayırdetmə qabiliyyəti bir o qədər yüksək olar.
Həll prosesinə giriş
Kameranın təsvir keyfiyyəti sensordan asılıdır. Sadə dillə desək, rəqəmsal görüntü sensoru milyonlarla işığa həssas nöqtəni ehtiva edən kamera gövdəsindəki çipdir. Kameranın sensorunun ölçüsü görüntü yaratmaq üçün nə qədər işığın istifadə oluna biləcəyini müəyyən edir. Sensor nə qədər böyük olsa, daha çox məlumat toplandığından görüntü keyfiyyəti bir o qədər yaxşı olar. Tipik olaraq rəqəmsal kameralar bazarda 16 mm, Super 35 mm və bəzən 65 mm-ə qədər sensor ölçüləri üçün reklam edir.
Sensorun ölçüsü artdıqca, sahə dərinliyi verilmiş diaframda azalacaq, çünki daha böyük bir analoq sizdən yaxınlaşmağınızı tələb edir.obyekt və ya çərçivəni doldurmaq üçün daha uzun fokus uzunluğundan istifadə edin. Eyni sahə dərinliyini saxlamaq üçün fotoqraf daha kiçik diyaframlardan istifadə etməlidir.
Bu dayaz sahə dərinliyi xüsusilə portret üçün fon bulanıqlığına nail olmaq üçün arzuolunan ola bilər, lakin landşaft fotoqrafiyası daha çox dərinlik tələb edir, bu isə kompakt kameraların çevik diafragma ölçüsü ilə daha asan çəkilir.
Sensordakı üfüqi və ya şaquli piksellərin sayının bölünməsi hər birinin obyektdə nə qədər yer tutduğunu göstərəcək və linzaların həlledici gücünü qiymətləndirmək və cihazın rəqəmsal təsvir piksel ölçüsü ilə bağlı müştəri narahatlığını həll etmək üçün istifadə edilə bilər. Başlanğıc nöqtəsi olaraq, sistemin ayırdetmə qabiliyyətini nəyin məhdudlaşdıra biləcəyini başa düşmək vacibdir.
Bu ifadəni ağ fonda bir cüt kvadrat nümunəsi ilə nümayiş etdirmək olar. Kamera sensorundakı kvadratlar qonşu piksellərə uyğunlaşdırılıbsa, onlar təsvirdə iki ayrı kvadrat (1b) deyil, bir böyük düzbucaqlı kimi görünəcəklər (1a). Kvadratları ayırd etmək üçün onların arasında müəyyən bir boşluq, ən azı bir piksel tələb olunur. Bu minimum məsafə sistemin maksimum ayırdetmə qabiliyyətidir. Mütləq limit sensordakı piksellərin ölçüsü, həmçinin onların sayı ilə müəyyən edilir.
Linzanın xüsusiyyətlərinin ölçülməsi
Alternativ qara və ağ kvadratlar arasındakı əlaqə xətti cüt kimi təsvir edilmişdir. Tipik olaraq, qətnamə tezliyə görə müəyyən edilir,millimetr üçün xətt cütləri ilə ölçülür - lp / mm. Təəssüf ki, linzaların ölçüsü sm-də mütləq rəqəm deyil. Müəyyən bir qətnamədə iki kvadratı ayrı obyektlər kimi görmək qabiliyyəti boz miqyas səviyyəsindən asılı olacaq. Onlar və məkan arasında boz miqyaslı fərq nə qədər böyükdürsə, bu kvadratları həll etmək qabiliyyəti bir o qədər sabitdir. Boz şkalanın bu bölgüsü tezlik kontrastı kimi tanınır.
Məkan tezliyi lp/mm ilə verilir. Bu səbəbdən, linzaları müqayisə edərkən və verilmiş sensorlar və tətbiqlər üçün ən yaxşı seçimi təyin edərkən lp/mm baxımından ayırdetmə qabiliyyətinin hesablanması son dərəcə faydalıdır. Birincisi, sistemin həllinin hesablanmasının başladığı yerdir. Sensordan başlayaraq, cihazın və ya digər tətbiqlərin tələblərinə cavab vermək üçün hansı linzaların spesifikasiyasına ehtiyac olduğunu müəyyən etmək daha asandır. Sensor Nyquist tərəfindən icazə verilən ən yüksək tezlik effektiv olaraq iki piksel və ya bir xətt cütüdür.
Sistem təsvir məkanının ayırdetmə qabiliyyəti də adlanan tərifli obyektiv ayırdetmə qabiliyyəti cüt yaratmaq üçün Μm-də ölçüsü 2-yə vurmaqla və mm-ə çevirmək üçün 1000-ə bölmək yolu ilə müəyyən edilə bilər:
lp/mm=1000/ (2 X piksel)
Daha böyük pikselli sensorlar daha aşağı ayırdetmə limitlərinə malik olacaq. Daha kiçik pikselli sensorlar yuxarıdakı obyektiv ayırdetmə düsturuna uyğun olaraq daha yaxşı performans göstərəcək.
Aktiv sensor sahəsi
Obyektin maksimum ayırdetmə qabiliyyətini hesablaya bilərsinizbaxış. Bunun üçün sensorun ölçüsü, baxış sahəsi və sensordakı piksellərin sayı arasındakı nisbət kimi göstəriciləri ayırd etmək lazımdır. Sonuncunun ölçüsü kamera sensorunun aktiv sahəsinin parametrlərinə aiddir, adətən onun formatının ölçüsü ilə müəyyən edilir.
Bununla belə, dəqiq nisbətlər aspekt nisbətinə görə dəyişəcək və nominal sensor ölçüləri xüsusilə telesentrik linzalar və yüksək böyütmələr üçün yalnız təlimat kimi istifadə edilməlidir. Sensor ölçüsü obyektiv ayırdetmə testini həyata keçirmək üçün birbaşa piksel ölçüsündən və aktiv piksel sayından hesablana bilər.
Cədvəl çox istifadə olunan bəzi sensorlarda olan piksel ölçüləri ilə əlaqəli Nyquist limitini göstərir.
| Piksel ölçüsü (µm) | Birləşdirilmiş Nyquist limiti (lp/mm) |
| 1, 67 | 299, 4 |
| 2, 2 | 227, 3 |
| 3, 45 | 144, 9 |
| 4, 54 | 110, 1 |
| 5, 5 | 90, 9 |
Piksel ölçüləri azaldıqca, lp/mm ilə əlaqəli Nyquist limiti mütənasib olaraq artır. Bir obyektdə görünə bilən mütləq minimum həll edilə bilən nöqtəni müəyyən etmək üçün baxış sahəsinin sensorun ölçüsünə nisbəti hesablanmalıdır. Bu həm də ilkin gücləndirmə kimi tanınır.(PMAG) sistemləri.
PMAG sistemi ilə əlaqəli əlaqə şəkil məkanının ayırdetmə qabiliyyətini miqyaslandırmağa imkan verir. Tipik olaraq, bir proqram tərtib edərkən, o, lp/mm ilə deyil, mikronlarla (µm) və ya bir düymün fraksiyaları ilə müəyyən edilir. Lens ayırdetmə dərəcəsini z seçməyi asanlaşdırmaq üçün yuxarıdakı düsturdan istifadə etməklə obyektin son həllinə tez keçə bilərsiniz. Həm də nəzərə almaq lazımdır ki, bir çox əlavə amillər var və yuxarıdakı məhdudiyyət bir çox amilləri nəzərə almaq və tənliklərdən istifadə edərək onları hesablamaq mürəkkəbliyindən daha az səhvə meyllidir.
Fokus uzunluğunu hesablayın
Şəklin ayırdetmə qabiliyyəti onun içindəki piksellərin sayıdır. İki ölçüdə təyin edilmişdir, məsələn, 640X480. Hesablamalar hər ölçü üçün ayrıca aparıla bilər, lakin sadəlik üçün bu, çox vaxt birinə endirilir. Şəkildə dəqiq ölçmələr etmək üçün aşkar etmək istədiyiniz hər ən kiçik sahə üçün minimum iki piksel istifadə etməlisiniz. Sensorun ölçüsü fiziki göstəriciyə aiddir və bir qayda olaraq, pasport məlumatlarında göstərilmir. Sensorun ölçüsünü təyin etməyin ən yaxşı yolu, onun üzərindəki piksel parametrlərinə baxmaq və onu tərəf nisbətinə vurmaqdır, bu halda linzanın həlledici gücü pis çəkiliş problemlərini həll edir.
Məsələn, Basler acA1300-30um kamerası 3,75 x 3,75 um piksel ölçüsünə və 1296 x 966 piksel təsvir ölçüsünə malikdir. Sensor ölçüsü 3,75 µm x 1296 x 3,75 µm x 966=4,86 x 3,62 mm-dir.
Sensor formatı fiziki ölçüyə aiddir və piksel ölçüsündən asılı deyil. Bu parametr üçün istifadə olunurkameranın hansı linzaya uyğun olduğunu müəyyənləşdirin. Onların uyğun olması üçün obyektiv formatı sensorun ölçüsündən böyük və ya ona bərabər olmalıdır. Daha kiçik aspekt nisbətinə malik obyektiv istifadə edilərsə, şəkil vinyetlə qarşılaşacaq. Bu, sensorun obyektiv formatının kənarından kənar hissələrinin qaralmasına səbəb olur.
Piksellər və kamera seçimi
Şəkildəki obyektləri görmək üçün onların arasında kifayət qədər boşluq olmalıdır ki, qonşu piksellərlə birləşməsin, əks halda onlar bir-birindən fərqlənməyəcək. Obyektlərin hər biri bir pikseldirsə, aralarındakı fərq də ən azı bir element olmalıdır, bunun sayəsində əslində iki piksel ölçüsü olan bir cüt xətt meydana gəlir. Bu, kamera və linzaların ayırdetmə qabiliyyətinin meqapiksellə ölçülməsinin düzgün olmamasının səbəblərindən biridir.
Sistemlərin ayırdetmə imkanlarını xətt cüt tezliyi baxımından təsvir etmək əslində daha asandır. Bundan belə nəticə çıxır ki, piksel ölçüsü azaldıqca, təsvir ölçüsü artır, çünki siz kiçik rəqəmsal elementlərə daha kiçik obyektlər qoya, onlar arasında daha az yer saxlaya və çəkdiyiniz obyektlər arasındakı məsafəni həll edə bilərsiniz.
Bu, kameranın sensorunun səs-küy və ya digər parametrləri nəzərə almadan obyektləri necə aşkar etməsinin sadələşdirilmiş modelidir və ideal vəziyyətdir.
MTF kontrast qrafikləri
Əksər linzalar mükəmməl optik sistemlər deyil. Lensdən keçən işıq müəyyən dərəcədə deqradasiyaya məruz qalır. Məsələ bunu necə qiymətləndirməkdirdeqradasiya? Bu suala cavab verməzdən əvvəl “modulyasiya” anlayışını müəyyən etmək lazımdır. Sonuncu, müəyyən bir tezlikdə kontrastın ölçüsüdür. Müxtəlif ölçülü və ya tezliklərin (aralıq) təfərrüatları üçün modulyasiya və ya kontrastı müəyyən etmək üçün obyektiv vasitəsilə çəkilmiş real dünya şəkillərini təhlil etməyə cəhd etmək olar, lakin bu, çox praktiki deyil.
Əvəzində, alternativ ağ və tünd xətt cütləri üçün modulyasiya və ya kontrastı ölçmək daha asandır. Onlar düzbucaqlı qəfəs adlanır. Düzbucaqlı dalğa barmaqlığında xətlərin intervalı lensin modulyasiya və ya kontrast funksiyasının və ayırdetmə qabiliyyətinin sm ilə ölçüldüyü tezlikdir (v).
Maksimum işıq miqdarı işıq zolaqlarından, minimum isə qaranlıq lentlərdən gələcək. Əgər işıq parlaqlıq (L) ilə ölçülürsə, modulyasiya aşağıdakı tənliyə uyğun olaraq müəyyən edilə bilər:
modulyasiya=(Lmax - Lmin) / (Lmax + Lmin), burada: Lmax ızgaradakı ağ xətlərin maksimum parlaqlığıdır, Lmin isə qaranlıqların minimum parlaqlığıdır.
Modulyasiya işıq baxımından müəyyən edildikdə, o, tez-tez Mişelson kontrastı adlanır, çünki kontrastı ölçmək üçün işıq və qaranlıq zolaqlardan parlaqlığın nisbətini alır.
Məsələn, müəyyən tezlik (v) və modulyasiyaya malik kvadrat dalğa barmaqlığı və bu barmaqlıqdan lens vasitəsilə əks olunan qaranlıq və işıqlı sahələr arasında xas kontrast var. Şəkil modulyasiyası və beləliklə lens kontrastı verilmiş tezlik üçün ölçülürbarlar (v).
Modulyasiya ötürmə funksiyası (MTF) təsvirin modulyasiya M i stimulun (obyektin) modulyasiyasına bölünməsi M o kimi müəyyən edilir., aşağıdakı tənlikdə göstərildiyi kimi.
|
MTF (v)=M i / M 0 |
USF test torları 98% parlaq lazer kağızında çap olunub. Qara lazer printer toneri təxminən 10% əks etdirməyə malikdir. Beləliklə, M 0 üçün dəyər 88% təşkil edir. Lakin filmin insan gözü ilə müqayisədə daha məhdud dinamik diapazonu olduğundan, M 0-nin mahiyyətcə 100% və ya 1 olduğunu güman etmək təhlükəsizdir. Beləliklə, yuxarıdakı düstur aşağıdakılara qədər aşağı düşür. sadə tənlik:
|
MTF (v)=Mi |
Beləliklə, verilmiş ızgara tezliyi (v) üçün MTF lenti sadəcə olaraq obyektiv vasitəsilə plyonkaya çəkilən zaman ölçülmüş ızgara modulyasiyasıdır (Mi).
Mikroskop ayırdetmə qabiliyyəti
Mikroskop obyektivinin ayırdetmə qabiliyyəti onun göz qapağının görmə sahəsindəki fərqli obyektlər kimi hələ də fərqləndirilə bilən iki fərqli nöqtə arasındakı ən qısa məsafədir.
İki nöqtə sizin qətnamənizdən daha yaxındırsa, onlar qeyri-səlis görünəcək və mövqeləri qeyri-dəqiq olacaq. Mikroskop yüksək böyütmə təklif edə bilər, lakin linzalar keyfiyyətsiz olarsa, nəticədə pis ayırdetmə təsvirin keyfiyyətini pisləşdirəcək.
Aşağıda qətnamənin olduğu Abbe tənliyidirMikroskopun z obyektiv gücü, istifadə olunan işığın dalğa uzunluğunun 2-yə bölünməsinə bərabər olan həlletmə gücüdür (obyektivin ədədi diyaframı).
Bir neçə element mikroskopun ayırdetmə qabiliyyətinə təsir edir. Yüksək böyüdücü ilə quraşdırılmış optik mikroskop bulanıq şəkil yarada bilər, lakin o, hələ də linzanın maksimum ayırdındadır.
Obyektivin rəqəmsal diyaframı ayırdetmə qabiliyyətinə təsir edir. Mikroskop obyektivinin həlledici gücü linzanın işığı toplamaq və obyektivdən müəyyən məsafədə olan nöqtəni həll etmək qabiliyyətini göstərən rəqəmdir. Lens tərəfindən həll edilə bilən ən kiçik nöqtə toplanan işığın dalğa uzunluğunun ədədi diyafram nömrəsinə bölünməsi ilə mütənasibdir. Buna görə də, daha böyük rəqəm linzanın baxış sahəsində əla nöqtəni aşkar etmək qabiliyyətinə uyğun gəlir. Lensin ədədi diyaframı həm də optik aberasiya korreksiyasının miqdarından asılıdır.
Teleskop obyektivinin ayırdetmə qabiliyyəti
Yüngül huni kimi, teleskop dəliyin sahəsinə mütənasib olaraq işığı toplamağa qadirdir, bu xüsusiyyət əsas obyektivdir.
İnsan gözünün qaranlıq uyğunlaşan bəbəyinin diametri 1 santimetrdən bir qədər azdır və ən böyük optik teleskopun diametri 1000 santimetrdir (10 metr), beləliklə, ən böyük teleskop kolleksiyada bir milyon dəfə böyükdür. insan gözündən daha çox sahə.
Buna görə teleskoplar insanlardan daha zəif obyektləri görür. Elektron aşkarlama sensorlarından istifadə edərək saatlarla işıq toplayan cihazlara sahib olun.
Teleskopun iki əsas növü var: linza əsaslı refraktorlar və güzgü əsaslı reflektorlar. Böyük teleskoplar reflektordur, çünki güzgülərin şəffaf olması lazım deyil. Teleskop güzgüləri ən dəqiq dizaynlardandır. Səthdə icazə verilən xəta insan saçının təxminən 1/1000 enidir - 10 metrlik dəlikdən.
Güzgülər sallanmaması üçün nəhəng qalın şüşə plitələrdən hazırlanırdı. Bugünkü güzgülər nazik və çevikdir, lakin kompüter tərəfindən idarə olunur və ya başqa şəkildə seqmentlərə bölünür və kompüter nəzarəti ilə hizalanır. Astronomun məqsədi zəif cisimləri tapmaq vəzifəsi ilə yanaşı, onların incə detallarını da görməkdir. Təfərrüatların tanınma dərəcəsi ayırdetmə adlanır:
- Qeyri-səlis şəkillər=zəif təsvir.
- Təmiz şəkillər=yaxşı ayırdetmə.
İşığın və difraksiya adlanan hadisələrin dalğa təbiətinə görə, teleskopun güzgü və ya linzasının diametri teleskopun diametrinə nisbətən onun son ayırdetmə qabiliyyətini məhdudlaşdırır. Buradakı rezolyusiya tanınacaq ən kiçik bucaq təfərrüatını bildirir. Kiçik dəyərlər əla şəkil təfərrüatına uyğundur.
Radio teleskoplar yaxşı ayırdetmə təmin etmək üçün çox böyük olmalıdır. Yerin atmosferiturbulent və bulanıq teleskop şəkilləri. Quru astronomları nadir hallarda aparatın maksimum ayırdetmə qabiliyyətinə çata bilirlər. Atmosferin ulduza turbulent təsiri görmə adlanır. Bu turbulentlik ulduzların “parıldamasına” səbəb olur. Bu atmosfer bulanıqlığının qarşısını almaq üçün astronomlar teleskopları kosmosa buraxırlar və ya onları sabit atmosfer şəraiti olan yüksək dağlara yerləşdirirlər.
Parametr hesablama nümunələri
Canon linzaların ayırdetmə qabiliyyətini təyin edən məlumatlar:
- Piksel ölçüsü=3,45 µm x 3,45 µm.
- Piksel (Y x D)=2448 x 2050.
- İstədiyiniz baxış sahəsi (üfüqi)=100 mm.
- Sensor ayırdetmə həddi: 1000/2x3, 45=145 lp/mm.
- Sensor Ölçüləri:3.45x2448/1000=8.45 mm3, 45x2050/1000=7.07 mm.
- PMAG:8, 45/100=0,0845 mm.
- Linzanın ayırdetmə qabiliyyəti: 145 x 0,0845=12,25 lp/mm.
Əslində, bu hesablamalar kifayət qədər mürəkkəbdir, lakin onlar sensor ölçüsünə, piksel formatına, iş məsafəsinə və mm-də baxış sahəsinə əsaslanan şəkil yaratmağa kömək edəcək. Bu dəyərlərin hesablanması şəkilləriniz və tətbiqiniz üçün ən yaxşı lensi təyin edəcək.
Müasir optikanın problemləri
Təəssüf ki, sensorun ölçüsünü iki dəfə artırmaq linzalar üçün əlavə problemlər yaradır. Təsvir obyektivinin qiymətinə təsir edən əsas parametrlərdən biri formatdır. Daha böyük formatlı sensor üçün linzaların dizaynı tələb olunurdaha böyük və sistemin ötürülməsi daha sərt olan çoxsaylı fərdi optik komponentlər.
1" sensor üçün nəzərdə tutulmuş linza, məhdud piksel ayırdetmə qabiliyyəti ilə eyni spesifikasiyalardan istifadə edə bilməsə belə, ½" sensor üçün nəzərdə tutulmuş lensdən beş dəfə baha başa gələ bilər. Necə olacağından əvvəl xərc komponenti nəzərə alınmalıdır. lensin həlledici gücünü təyin etmək üçün.
Optik təsvir bu gün on il əvvəlkindən daha çox problemlə üzləşir. Onların istifadə olunduğu sensorlar daha yüksək ayırdetmə tələblərinə malikdir və format ölçüləri eyni vaxtda həm kiçik, həm də daha böyük idarə olunur, piksel ölçüsü isə kiçilməyə davam edir.
Keçmişdə optika təsvir sistemini heç vaxt məhdudlaşdırmırdı, bu gün də məhdudlaşdırır. Tipik bir piksel ölçüsünün təxminən 9 µm olduğu yerlərdə daha çox yayılmış ölçü təxminən 3 µm-dir. Nöqtə sıxlığında bu 81x artım optikaya öz təsirini göstərdi və əksər cihazlar yaxşı olsa da, obyektiv seçimi indi həmişəkindən daha vacibdir.
