Resolutsioon on pildisüsteemi võime taasesitada objekti üksikasju ja sõltub sellistest teguritest nagu kasutatud valgustuse tüüp, anduri pikslite suurus ja optika võimalused. Mida väiksem on objekti detail, seda suurem on objektiivi nõutav eraldusvõime.
Sissejuhatus lahutusprotsessisse
Kaamera pildikvaliteet sõltub sensorist. Lihtsam alt öeldes on digitaalne pildisensor kaamera korpuses olev kiip, mis sisaldab miljoneid valgustundlikke kohti. Kaamera sensori suurus määrab, kui palju valgust saab pildi loomiseks kasutada. Mida suurem on andur, seda parem on pildikvaliteet, kuna kogutakse rohkem teavet. Tavaliselt reklaamivad digitaalkaamerad turul sensori suurusi 16 mm, Super 35 mm ja mõnikord kuni 65 mm.
Anduri suuruse kasvades teravussügavus antud ava juures väheneb, kuna suurem vaste nõuab, et läheksite sellele lähemale.objekti või kasutage kaadri täitmiseks pikemat fookuskaugust. Sama teravussügavuse säilitamiseks peab fotograaf kasutama väiksemaid avasid.
See madal teravussügavus võib olla soovitav, eriti portreepildi tausta hägususe saavutamiseks, kuid maastikufotograafia nõuab rohkem sügavust, mida on kergem jäädvustada kompaktkaamerate paindliku avaga.
Anduri horisontaalsete või vertikaalsete pikslite arvu jagamine näitab, kui palju ruumi igaüks objektil võtab, ning seda saab kasutada objektiivi eraldusvõime hindamiseks ja klientide murede lahendamiseks seadme digitaalse pildi piksli suuruse pärast. Alustuseks on oluline mõista, mis võib tegelikult süsteemi eraldusvõimet piirata.
Seda väidet saab demonstreerida ruudupaari näitega valgel taustal. Kui kaamera anduri ruudud on vastendatud naaberpikslitega, kuvatakse need pildil ühe suure ristkülikuna (1a), mitte kahe eraldi ruuduna (1b). Ruudude eristamiseks on nende vahel vaja teatud ruumi, vähem alt üks piksel. See minimaalne kaugus on süsteemi maksimaalne eraldusvõime. Absoluutne piirang määratakse sensori pikslite suuruse ja nende arvu järgi.
Läätse omaduste mõõtmine
Vahelduvate mustade ja valgete ruutude vahelist seost kirjeldatakse lineaarse paarina. Tavaliselt määrab eraldusvõime sageduse järgi,mõõdetuna joonpaaridena millimeetri kohta - lp/mm. Kahjuks pole objektiivi eraldusvõime cm-des absoluutarv. Antud eraldusvõime korral sõltub võimalus näha kahte ruutu eraldi objektina hallskaala tasemest. Mida suurem on hallskaala eraldus nende ja ruumi vahel, seda stabiilsem on nende ruutude lahendamise võimalus. Seda hallskaala jaotust nimetatakse sageduse kontrastiks.
Ruumiline sagedus on antud ühikutes lp/mm. Sel põhjusel on eraldusvõime arvutamine lp/mm alusel ülim alt kasulik objektiivide võrdlemisel ning antud andurite ja rakenduste jaoks parima valiku määramisel. Esimene on koht, kus algab süsteemi eraldusvõime arvutamine. Andurist alustades on lihtsam määrata, milliseid objektiivi spetsifikatsioone on vaja seadme või muude rakenduste nõuete täitmiseks. Sensori, Nyquisti, kõrgeim lubatud sagedus on tegelikult kaks pikslit või üks joonepaar.
Definitsioonobjektiivi eraldusvõime, mida nimetatakse ka süsteemi kujutise ruumi eraldusvõimeks, saab määrata, korrutades suuruse Μm-tes 2-ga, et luua paar ja jagades 1000-ga, et teisendada millimeetriteks:
lp/mm=1000/ (2 X pikslit)
Suuremate pikslitega anduritel on madalamad eraldusvõime piirid. Väiksemate pikslitega andurid töötavad paremini vastav alt ül altoodud objektiivi eraldusvõime valemile.
Aktiivne anduriala
Saate arvutada objekti maksimaalse eraldusvõimevaatamine. Selleks on vaja eristada selliseid indikaatoreid nagu sensori suuruse, vaatevälja ja pikslite arvu suhe sensoril. Viimase suurus viitab kaameraanduri aktiivse ala parameetritele, mille määrab tavaliselt selle formaadi suurus.
Kuid täpsed proportsioonid sõltuvad kuvasuhtest ja andurite nimisuurusi tuleks kasutada ainult juhisena, eriti teletsentriliste objektiivide ja suure suurenduse korral. Anduri suurust saab otse piksli suuruse ja aktiivse pikslite arvu järgi arvutada, et teha objektiivi eraldusvõime testi.
Tabel näitab Nyquisti limiiti, mis on seotud mõne väga sageli kasutatava anduri pikslisuurusega.
| Piksli suurus (µm) | Seotud Nyquisti limiit (lp / mm) |
| 1, 67 | 299, 4 |
| 2, 2 | 227, 3 |
| 3, 45 | 144, 9 |
| 4, 54 | 110, 1 |
| 5, 5 | 90, 9 |
Pikslite suuruse vähenemisega suureneb sellega seotud Nyquisti piirang lp/mm proportsionaalselt. Objektil nähtava absoluutse minimaalse lahutatava punkti määramiseks tuleb välja arvutada vaatevälja ja anduri suuruse suhe. Seda tuntakse ka kui esmast suurendamist.(PMAG) süsteemid.
Süsteemi PMAG-ga seotud seos võimaldab pildiruumi eraldusvõimet skaleerida. Tavaliselt ei määrata rakenduse kavandamisel seda lp/mm, vaid pigem mikronites (µm) või tolli osades. Ül altoodud valemi abil saate kiiresti liikuda objekti ülima eraldusvõimeni, et hõlbustada objektiivi eraldusvõime z valimist. Samuti on oluline meeles pidada, et on palju lisategureid ja ül altoodud piirang on palju vähem vigade tõenäosus kui paljude tegurite arvessevõtmise ja võrrandite abil arvutamise keerukus.
Arvuta fookuskaugus
Pildi eraldusvõime on sellel olevate pikslite arv. Määratud kahemõõtmelisena, näiteks 640X480. Arvutused saab teha iga mõõtme kohta eraldi, kuid lihtsuse huvides vähendatakse seda sageli ühele. Pildi täpsete mõõtmiste tegemiseks peate kasutama vähem alt kahte pikslit iga väikseima ala kohta, mida soovite tuvastada. Anduri suurus viitab füüsilisele indikaatorile ja reeglina pole seda passiandmetes märgitud. Parim viis anduri suuruse määramiseks on vaadata sellel olevaid piksli parameetreid ja korrutada see kuvasuhtega. Sel juhul lahendab objektiivi lahutusvõime halva võtte probleemid.
Näiteks Basler acA1300-30um kaamera pikslite suurus on 3,75 x 3,75 um ja eraldusvõime 1296 x 966 pikslit. Anduri suurus on 3,75 µm x 1296 x 3,75 µm x 966=4,86 x 3,62 mm.
Anduri formaat viitab füüsilisele suurusele ja ei sõltu piksli suurusest. Seda seadet kasutataksemäärake, millise objektiiviga kaamera ühildub. Et need ühtiksid, peab objektiivi formaat olema anduri suurusest suurem või sellega võrdne. Kui kasutatakse väiksema kuvasuhtega objektiivi, tekib kujutisel vinjeteerimine. See muudab anduri osad väljaspool objektiivi formaadi serva tumedaks.
Pikslid ja kaameravalik
Pildil olevate objektide nägemiseks peab nende vahel olema piisav alt ruumi, et need ei sulanduks naaberpikslitega, vastasel juhul on need üksteisest eristamatud. Kui objektid on igaüks üks piksel, peab ka nende vaheline eraldus olema vähem alt üks element, just tänu sellele moodustub joonepaar, mille suurus on tegelikult kaks pikslit. See on üks põhjusi, miks on vale mõõta kaamerate ja objektiivide eraldusvõimet megapikslites.
Süsteemi eraldusvõimet on tegelikult lihtsam kirjeldada liinipaari sagedusega. Sellest järeldub, et piksli suuruse vähenemisel eraldusvõime suureneb, kuna saate asetada väiksemad objektid väiksematele digitaalsetele elementidele, nende vahel on vähem ruumi ja siiski lahendada pildistatavate objektide vaheline kaugus.
See on lihtsustatud mudel selle kohta, kuidas kaamera andur tuvastab objekte ilma müra või muid parameetreid arvestamata, ning see on ideaalne olukord.
MTF-i kontrastdiagrammid
Enamik objektiive ei ole täiuslikud optilised süsteemid. Läätse läbiv valgus laguneb teatud määral. Küsimus on selles, kuidas seda hinnatadegradeerumine? Enne sellele küsimusele vastamist on vaja määratleda mõiste "modulatsioon". Viimane on kontrastläätse mõõt teatud sagedusel. Võiks proovida analüüsida läbi objektiivi tehtud reaalse maailma pilte, et määrata modulatsiooni või kontrasti erineva suuruse või sagedusega detailide (vahede) jaoks, kuid see on väga ebapraktiline.
Selle asemel on palju lihtsam mõõta modulatsiooni või kontrasti vahelduvate valgete ja tumedate joonte paaride puhul. Neid nimetatakse ristkülikukujuliseks võreks. Ristkülikukujulise lainevõre joonte intervall on sagedus (v), mille puhul objektiivi modulatsiooni- või kontrastifunktsiooni ja eraldusvõimet mõõdetakse cm-des.
Maksimaalne valguse hulk tuleb heledatelt ribadelt ja minimaalne tumedatelt ribadelt. Kui valgust mõõdetakse heleduse (L) järgi, saab modulatsiooni määrata järgmise võrrandi järgi:
modulatsioon=(Lmax - Lmin) / (Lmax + Lmin), kus: Lmax on võre valgete joonte maksimaalne heledus ja Lmin on tumedate joonte minimaalne heledus.
Kui modulatsiooni defineeritakse valguse järgi, nimetatakse seda sageli Michelsoni kontrastiks, kuna kontrasti mõõtmiseks kasutatakse heledate ja tumedate ribade heleduse suhet.
Näiteks on teatud sagedusega (v) ja modulatsiooniga ruutlaine võre ning loomulik kontrast tumedate ja heledate alade vahel, mis peegeldub sellest võrest läbi objektiivi. Kujutise modulatsiooni ja seega objektiivi kontrastsust mõõdetakse antud sageduselribad (v).
Modulatsiooni ülekandefunktsioon (MTF) on määratletud kui kujutise modulatsioon M i jagatuna stiimuli (objekti) modulatsiooniga M o, nagu on näidatud järgmises võrrandis.
|
MTF (v)=M i / M 0 |
USF-i testruudud on trükitud 98% eredale laserpaberile. Musta laserprinteri tooneri peegeldusvõime on umbes 10%. Seega on M 0 väärtus 88%. Kuid kuna filmil on inimsilmaga võrreldes piiratum dünaamiline ulatus, võib kindl alt eeldada, et M 0 on sisuliselt 100% või 1. Seega taandub ül altoodud valem järgmisele. lihtne võrrand:
|
MTF (v)=Mi |
Seega on MTF objektiiv antud võre sagedusel (v) lihts alt mõõdetud võre modulatsioon (Mi), kui seda pildistatakse läbi objektiivi filmile.
Mikroskoobi eraldusvõime
Mikroskoobi objektiivi eraldusvõime on lühim vahemaa kahe erineva punkti vahel okulaari vaateväljas, mida saab siiski eristada erinevate objektidena.
Kui kaks punkti on üksteisele lähemal kui teie eraldusvõime, näivad need hägused ja nende asukohad on ebatäpsed. Mikroskoop võib pakkuda suurt suurendust, kuid kui objektiivid on halva kvaliteediga, halvendab sellest tulenev halb eraldusvõime pildikvaliteeti.
Allpool on Abbe võrrand, kus on eraldusvõimemikroskoobi objektiivi võimsus z on eraldusvõime, mis on võrdne kasutatud valguse lainepikkuse jagamisel 2-ga (objektiivi numbriline ava).
Mitmed elemendid mõjutavad mikroskoobi eraldusvõimet. Suure suurendusega optiline mikroskoop võib anda kujutise, mis on udune, kuid on siiski objektiivi maksimaalse eraldusvõimega.
Läätse digitaalne ava mõjutab eraldusvõimet. Mikroskoobi objektiivi lahutusvõime on arv, mis näitab läätse võimet koguda valgust ja eraldada punkti objektiivist kindlal kaugusel. Väikseim punkt, mida lääts suudab lahendada, on võrdeline kogutud valguse lainepikkusega jagatud ava numbrilise arvuga. Seetõttu vastab suurem arv objektiivi suuremale võimele tuvastada suurepärast vaatevälja punkti. Läätse numbriline ava sõltub ka optilise aberratsiooni korrigeerimise suurusest.
Teleskoobi objektiivi eraldusvõime
Nagu valguslehter, suudab ka teleskoop valgust koguda proportsionaalselt augu pindalaga, see omadus on peamine objektiiv.
Inimsilma tumedaks kohandatud pupilli läbimõõt on veidi alla 1 sentimeetri ja suurima optilise teleskoobi läbimõõt on 1000 sentimeetrit (10 meetrit), nii et suurim teleskoop on kogus miljon korda suurem pindala kui inimsilm.
See on põhjus, miks teleskoobid näevad nõrgemaid objekte kui inimesed. Ja seadmeid, mis koguvad valgust elektrooniliste tuvastusandurite abil mitu tundi.
Teleskoope on kahte peamist tüüpi: läätsepõhised refraktorid ja peeglipõhised reflektorid. Suured teleskoobid on helkurid, sest peeglid ei pea olema läbipaistvad. Teleskooppeeglid on ühed kõige täpsemad kujundused. Lubatud viga pinnal on umbes 1/1000 juuksekarva laiusest – läbi 10 meetrise augu.
Varem valmistati peegleid tohututest paksudest klaasplaatidest, et vältida nende longust. Tänapäeva peeglid on õhukesed ja paindlikud, kuid on arvutiga juhitavad või muul viisil segmenteeritud ja joondatud arvuti juhtimisega. Lisaks nõrkade objektide leidmise ülesandele on astronoomi eesmärk näha ka nende peeneid detaile. Detailide äratundmise määra nimetatakse eraldusvõimeks:
- Uudsed pildid=halb eraldusvõime.
- Selged pildid=hea eraldusvõime.
Valguse lainelise olemuse ja nähtuste, mida nimetatakse difraktsiooniks, tõttu piirab teleskoobi peegli või läätse läbimõõt selle lõplikku eraldusvõimet teleskoobi läbimõõdu suhtes. Eraldusvõime tähendab siin väikseimat nurgadetaili, mida saab ära tunda. Väikesed väärtused vastavad suurepärasele pildi detailidele.
Raadioteleskoobid peavad hea eraldusvõime tagamiseks olema väga suured. Maa atmosfäär onturbulentsed ja hägused teleskoobipildid. Maapealsed astronoomid suudavad harva saavutada aparaadi maksimaalset eraldusvõimet Atmosfääri turbulentset mõju tähele nimetatakse nägemiseks. See turbulents paneb tähed "vilkuma". Nende atmosfäärihägude vältimiseks lasevad astronoomid kosmosesse teleskoobid või asetavad need stabiilsete atmosfääritingimustega kõrgetele mägedele.
Parameetrite arvutamise näited
Andmed Canoni objektiivi eraldusvõime määramiseks:
- Piksli suurus=3,45 3,45
- Pikslit (K x V)=2448 x 2050.
- Soovitud vaateväli (horisontaalne)=100 mm.
- Anduri eraldusvõime piirang: 1000/2x3, 45=145 lp / mm.
- Anduri mõõtmed:3,45x2448/1000=8,45 mm3, 45x2050/1000=7,07 mm.
- PMAG:8, 45/100=0,0845 mm.
- Mõõteobjektiivi eraldusvõime: 145 x 0,0845=12,25 lp/mm.
Tegelikult on need arvutused üsna keerulised, kuid need aitavad teil luua pildi, mis põhineb sensori suurusel, pikslite formaadil, töökaugusel ja vaateväljal millimeetrites. Nende väärtuste arvutamine määrab teie piltide ja rakenduse jaoks parima objektiivi.
Kaasaegse optika probleemid
Kahjuks tekitab sensori suuruse kahekordistamine objektiividele lisaprobleeme. Üks peamisi pildiobjektiivi maksumust mõjutavaid parameetreid on formaat. Objektiivi projekteerimine suurema formaadi sensorile eeldabarvuk alt üksikuid optilisi komponente, mis peaksid olema suuremad ja süsteemi ülekandmine jäigem.
1-tollise sensori jaoks mõeldud objektiiv võib maksta viis korda rohkem kui ½-tollise sensori jaoks mõeldud objektiiv, isegi kui see ei saa kasutada samu tehnilisi andmeid piiratud pikslite eraldusvõimega. Enne seda, kuidas seda teha, tuleb kaaluda kulukomponenti objektiivi lahutusvõime määramiseks.
Optilise pildistamise ees seisavad tänapäeval rohkem väljakutsed kui kümme aastat tagasi. Anduritel, millega neid kasutatakse, on palju kõrgemad eraldusvõime nõuded ja vormingu suurusi muudetakse samaaegselt nii väiksemaks kui ka suuremaks, samas kui pikslite suurus väheneb jätkuv alt.
Varem ei piiranud optika pildisüsteemi kunagi, tänapäeval aga. Kui tüüpiline piksli suurus on umbes 9 µm, on palju tavalisem suurus umbes 3 µm. See punktitiheduse 81-kordne suurenemine on optikale mõju avaldanud ja kuigi enamik seadmeid on head, on objektiivi valik nüüd olulisem kui kunagi varem.
