Ажыратымдылық бейнелеу жүйесінің нысанның мәліметтерін шығару мүмкіндігі болып табылады және ол қолданылатын жарық түрі, сенсордың пиксель өлшемі және оптика мүмкіндіктері сияқты факторларға байланысты. Нысанның егжей-тегжейлері неғұрлым кішірек болса, линзаның қажетті ажыратымдылығы соғұрлым жоғары болады.
Ашу процесіне кіріспе
Камераның кескін сапасы сенсорға байланысты. Қарапайым тілмен айтқанда, сандық кескін сенсоры - миллиондаған жарық сезгіш нүктелері бар камера корпусындағы чип. Камера сенсорының өлшемі кескінді жасау үшін қанша жарықты қолдануға болатындығын анықтайды. Сенсор неғұрлым үлкен болса, соғұрлым көбірек ақпарат жиналатындықтан, сурет сапасы жақсырақ болады. Әдетте сандық камералар нарықта сенсор өлшемдері 16мм, Super 35мм және кейде 65мм-ге дейін жарнамаланады.
Датчиктің өлшемі ұлғайған сайын, берілген апертурада өріс тереңдігі азаяды, себебі үлкенірек аналогы жақынырақ болуды талап етеді.нысанды таңдаңыз немесе жақтауды толтыру үшін ұзағырақ фокус аралығын пайдаланыңыз. Бірдей өріс тереңдігін сақтау үшін фотограф кішірек апертураларды пайдалануы керек.
Бұл таяз өріс тереңдігі, әсіресе портрет үшін фондық бұлыңғырлыққа қол жеткізу үшін қажет болуы мүмкін, бірақ пейзаждық фотосуреттер тереңдікті қажет етеді, бұл шағын камералардың икемді диафрагма өлшемімен түсіру оңайырақ.
Сенсордағы көлденең немесе тік пикселдердің санын бөлу олардың әрқайсысының нысанда қанша орын алатынын көрсетеді және объективтің шешуші күшін бағалау және құрылғының сандық кескін пиксель өлшеміне қатысты тұтынушылардың алаңдаушылығын шешу үшін пайдаланылуы мүмкін. Бастапқыда жүйенің ажыратымдылығын не шектейтінін түсіну маңызды.
Бұл мәлімдемені ақ фонда шаршылар жұбының мысалы арқылы көрсетуге болады. Егер камера сенсорындағы квадраттар көрші пикселдермен салыстырылса, олар кескінде екі бөлек шаршы (1b) емес, (1a) бір үлкен тіктөртбұрыш ретінде пайда болады. Квадраттарды ажырату үшін олардың арасында белгілі бір бос орын қажет, кем дегенде бір пиксель. Бұл ең аз қашықтық жүйенің максималды ажыратымдылығы болып табылады. Абсолютті шек сенсордағы пикселдердің өлшемімен, сондай-ақ олардың санымен анықталады.
Линза сипаттамаларын өлшеу
Ауыспалы қара және ақ шаршылар арасындағы қатынас сызықтық жұп ретінде сипатталады. Әдетте, ажыратымдылық жиілікпен анықталады,миллиметрге сызықтық жұптармен өлшенеді - лп/мм. Өкінішке орай, линзаның см-дегі ажыратымдылығы абсолютті сан емес. Берілген ажыратымдылықта екі шаршыны бөлек нысандар ретінде көру мүмкіндігі сұр шкала деңгейіне байланысты болады. Олар мен кеңістік арасындағы сұр шкаланың алшақтығы неғұрлым көп болса, осы квадраттарды шешу мүмкіндігі соғұрлым тұрақты болады. Сұр шкаланың бұл бөлінуі жиілік контрасты ретінде белгілі.
Кеңістіктік жиілік лп/мм түрінде берілген. Осы себепті, лп/мм бойынша ажыратымдылықты есептеу линзаларды салыстыру және берілген сенсорлар мен қолданбалар үшін ең жақсы таңдауды анықтау кезінде өте пайдалы. Біріншісі - жүйе ажыратымдылығын есептеудің басталатын жері. Сенсордан бастап, құрылғының немесе басқа қолданбалардың талаптарын қанағаттандыру үшін қандай линза сипаттамалары қажет екенін анықтау оңайырақ. Nyquist сенсоры рұқсат еткен ең жоғары жиілік екі пиксел немесе бір жол жұбы болып табылады.
Жүйе кескінінің кеңістігі ажыратымдылығы деп те аталатын анықтамалық объектив ажыратымдылығын жұп құру үшін Μм-дегі өлшемді 2-ге көбейту және мм-ге түрлендіру үшін 1000-ға бөлу арқылы анықтауға болады:
lp/мм=1000/ (2 X пиксель)
Пикселдері үлкенірек сенсорлардың ажыратымдылық шектеулері төмен болады. Пикселдері кішірек сенсорлар жоғарыдағы линзаның ажыратымдылығы формуласына сәйкес жақсырақ жұмыс істейді.
Белсенді сенсор аймағы
Нысанның максималды ажыратымдылығын есептей аласызқарау. Ол үшін сенсордың өлшемі, көру өрісі және сенсордағы пикселдер саны арасындағы қатынас сияқты көрсеткіштерді ажырату қажет. Соңғысының өлшемі әдетте оның форматының өлшемімен анықталатын камера сенсорының белсенді аймағының параметрлеріне жатады.
Алайда, нақты пропорциялар арақатынасына байланысты өзгереді және номиналды сенсор өлшемдері тек қана нұсқаулық ретінде пайдаланылуы керек, әсіресе телецентрлік линзалар мен жоғары үлкейтулер үшін. Сенсор өлшемін линзаның ажыратымдылығын тексеру үшін пиксел өлшемі мен белсенді пикселдер санынан тікелей есептеуге болады.
Кестеде кейбір жиі қолданылатын сенсорларда табылған пиксел өлшемдерімен байланысты Nyquist шегі көрсетілген.
| Пиксель өлшемі (мкм) | Біріктірілген Nyquist шегі (лп/мм) |
| 1, 67 | 299, 4 |
| 2, 2 | 227, 3 |
| 3, 45 | 144, 9 |
| 4, 54 | 110, 1 |
| 5, 5 | 90, 9 |
Пиксель өлшемдері азайған сайын, лп/мм-дегі байланысты Nyquist шегі пропорционалды түрде артады. Нысанда көрінетін абсолютті минималды шешілетін нүктені анықтау үшін көру өрісінің сенсор өлшеміне қатынасын есептеу керек. Бұл бастапқы күшейту деп те аталады.(PMAG) жүйелері.
PMAG жүйесімен байланысты байланыс кескін кеңістігінің ажыратымдылығын масштабтауға мүмкіндік береді. Әдетте, қолданбаны құрастырған кезде ол лп/мм емес, микрондар (мкм) немесе дюймнің бөліктерімен көрсетіледі. Объективтің z ажыратымдылығын таңдауды жеңілдету үшін жоғарыдағы формуланы пайдалану арқылы нысанның соңғы ажыратымдылығына жылдам өтуге болады. Сондай-ақ, көптеген қосымша факторлардың бар екенін есте ұстаған жөн және жоғарыда аталған шектеу көптеген факторларды есепке алу және оларды теңдеулерді қолдану арқылы есептеудің күрделілігіне қарағанда қатеге бейімділігі әлдеқайда аз.
Фокус аралығын есептеу
Суреттің ажыратымдылығы - ондағы пикселдер саны. Екі өлшемде белгіленген, мысалы, 640X480. Есептеулерді әрбір өлшем үшін бөлек орындауға болады, бірақ қарапайымдылық үшін бұл жиі біреуге дейін қысқарады. Кескінде дәл өлшемдер жасау үшін анықтағыңыз келетін әрбір ең кішкентай аймақ үшін кемінде екі пиксельді пайдалану керек. Датчиктің өлшемі физикалық көрсеткішке жатады және әдетте төлқұжат деректерінде көрсетілмейді. Датчиктің өлшемін анықтаудың ең жақсы жолы - ондағы пиксель параметрлерін қарау және оны арақатынасына көбейту, бұл жағдайда объективтің шешуші күші нашар түсірілім мәселелерін шешеді.
Мысалы, Basler acA1300-30um камерасының пиксель өлшемі 3,75 x 3,75 мм және ажыратымдылығы 1296 x 966 пиксель. Сенсор өлшемі 3,75 мкм x 1296 x 3,75 мкм x 966=4,86 x 3,62 мм.
Сенсор пішімі физикалық өлшемді білдіреді және пиксел өлшеміне тәуелді емес. Бұл параметр үшін пайдаланыладыкамераның қай объективпен үйлесімді екенін анықтаңыз. Олардың сәйкес келуі үшін объектив пішімі сенсор өлшемінен үлкен немесе оған тең болуы керек. Егер арақатынасы кішірек объектив пайдаланылса, кескін виньетке ұшырайды. Бұл сенсордың объектив пішімінің шетінен тыс жерлерінің күңгірттенуіне әкеледі.
Пиксельдер және камера таңдау
Суреттегі нысандарды көру үшін олардың арасында көрші пикселдермен біріктірілмейтіндей бос орын жеткілікті болуы керек, әйтпесе олар бір-бірінен ажыратылмайды. Егер нысандар әрқайсысы бір пиксель болса, олардың арасындағы алшақтық кем дегенде бір элемент болуы керек, соның арқасында екі пиксель өлшемі бар жұп сызықтар пайда болады. Бұл камералар мен линзалардың ажыратымдылығын мегапиксельмен өлшеудің дұрыс емес себептерінің бірі.
Жүйенің ажыратымдылық мүмкіндіктерін желілік жұп жиілігі тұрғысынан сипаттау оңайырақ. Бұдан шығатыны, пиксел өлшемі кішірейген сайын ажыратымдылық артады, себебі кішірек цифрлық элементтерге кішірек нысандарды қоюға, олардың арасында бос орын қалдыруға және әлі де түсіретін нысандар арасындағы қашықтықты шешуге болады.
Бұл камера сенсорының шуды немесе басқа параметрлерді ескерместен нысандарды қалай анықтайтынының жеңілдетілген үлгісі және өте қолайлы жағдай.
MTF контраст диаграммалары
Линзалардың көпшілігі мінсіз оптикалық жүйелер емес. Линза арқылы өтетін жарық белгілі бір дәрежеде деградацияға ұшырайды. Мәселе мұны қалай бағалаудадеградация? Бұл сұраққа жауап бермес бұрын «модуляция» ұғымына анықтама беру керек. Соңғысы берілген жиіліктегі контраст лентасының өлшемі болып табылады. Түрлі өлшемдер немесе жиіліктер (аралық) мәліметтері үшін модуляцияны немесе контрастты анықтау үшін объектив арқылы түсірілген нақты әлем суреттерін талдауға болады, бірақ бұл өте тиімді емес.
Оның орнына ауыспалы ақ және күңгірт сызықтардың жұптары үшін модуляцияны немесе контрастты өлшеу оңайырақ. Оларды төртбұрышты тор деп атайды. Тікбұрышты толқындық тордағы сызықтар аралығы жиілік (v) болып табылады, ол үшін линзаның модуляциясы немесе контраст функциясы және ажыратымдылығы см-мен өлшенеді.
Жарықтың ең көп мөлшері жарық жолақтарынан, ал ең азы қараңғы жолақтардан келеді. Егер жарық жарықтық (L) бойынша өлшенсе, модуляцияны келесі теңдеу бойынша анықтауға болады:
модуляция=(Lmax - Lmin) / (Lmax + Lmin), мұнда: Lmax – тордағы ақ сызықтардың максималды жарықтығы, ал Lmin – күңгірт сызықтардың ең аз жарықтығы.
Модуляция жарық тұрғысынан анықталғанда, ол жиі Мишельсон контрасты деп аталады, себебі контрастты өлшеу үшін жарық пен күңгірт жолақтардан жарықтылық қатынасын алады.
Мысалы, белгілі бір жиілік (v) және модуляцияның шаршы толқындық торы және осы тордан линза арқылы шағылысқан күңгірт және ашық аймақтардың арасындағы тән контраст бар. Кескіннің модуляциясы және осылайша линзаның контрасты берілген жиілік үшін өлшенедіжолақтар (v).
Модуляцияны тасымалдау функциясы (MTF) суреттің модуляциясы M i тітіркендіргіштің (нысанның) модуляциясына бөлінген M o ретінде анықталады., келесі теңдеуде көрсетілгендей.
|
MTF (v)=M i / M 0 |
USF сынақ торлары 98% ашық лазерлік қағазға басылған. Қара лазерлік принтер тонерінің шағылысуы шамамен 10% құрайды. Сонымен, M 0 мәні 88% құрайды. Бірақ фильмнің адам көзімен салыстырғанда динамикалық диапазоны шектеулі болғандықтан, M 0 мәнін 100% немесе 1 деп болжауға болады. Демек, жоғарыдағы формула келесіге дейін төмендейді. қарапайым теңдеу:
|
MTF (v)=Mi |
Сонымен, берілген тор жиілігі үшін MTF лентасы (v) жай ғана өлшенген тор модуляциясы (Mi) объектив арқылы пленкаға суретке түсіргенде.
Микроскоптың ажыратымдылығы
Микроскоп объективінің ажыратымдылығы - бұл окулярдың көру өрісіндегі әртүрлі нысандар ретінде әлі де ажыратылатын екі бөлек нүкте арасындағы ең қысқа қашықтық.
Егер екі нүкте ажыратымдылығыңыздан жақынырақ болса, олар анық емес болып көрінеді және олардың орындары дәл емес болады. Микроскоп жоғары үлкейту мүмкіндігін ұсынуы мүмкін, бірақ линзалар сапасыз болса, нәтижесінде нашар ажыратымдылық кескін сапасын нашарлатады.
Төменде Аббе теңдеуі берілген, мұнда ажыратымдылықмикроскоп объектісінің қуаты z - қолданылатын жарықтың толқын ұзындығын 2-ге (объекттің сандық саңылауы) бөлгенге тең ажырату күші.
Микроскоптың ажыратымдылығына бірнеше элементтер әсер етеді. Жоғары үлкейтуге орнатылған оптикалық микроскоп бұлыңғыр кескін тудыруы мүмкін, бірақ ол әлі де линзаның максималды ажыратымдылығында.
Объективтің сандық апертурасы ажыратымдылыққа әсер етеді. Микроскоп объективінің ажырату қабілеті линзаның жарықты жинау және объективтен белгілі бір қашықтықтағы нүктені шешу қабілетін көрсететін сан. Линзаның көмегімен шешуге болатын ең кішкентай нүкте жиналған жарықтың толқын ұзындығының диафрагманың сандық санына бөлінгеніне пропорционал. Демек, үлкенірек сан линзаның көру аймағындағы тамаша нүктені анықтау қабілетінің жоғарылауына сәйкес келеді. Объективтің сандық апертурасы оптикалық аберрацияны түзету мөлшеріне де байланысты.
Телескоп линзасының ажыратымдылығы
Жарық шұңқыры сияқты телескоп саңылау ауданына пропорционалды жарықты жинай алады, бұл қасиет негізгі линза болып табылады.
Адам көзінің қараңғы бейімделген қарашығының диаметрі 1 сантиметрден сәл аз, ал ең үлкен оптикалық телескоптың диаметрі 1000 сантиметр (10 метр), сондықтан ең үлкен телескоп жинақта миллион есе үлкен. адам көзінен гөрі аумақ.
Сондықтан телескоптар адамдарға қарағанда әлсіз нысандарды көреді. Сондай-ақ электронды анықтау сенсорлары арқылы жарықты бірнеше сағат бойы жинайтын құрылғыларға ие болыңыз.
Телескоптың екі негізгі түрі бар: линзаға негізделген рефракторлар және айнаға негізделген рефлекторлар. Үлкен телескоптар шағылыстырғыш болып табылады, өйткені айналар мөлдір болуы шарт емес. Телескоп айналары ең дәл конструкциялардың бірі болып табылады. Бетіндегі рұқсат етілген қате 10 метрлік тесік арқылы адам шашының 1/1000 еніне тең.
Айналар салбырап қалмас үшін үлкен қалың шыны тақталардан жасалған. Бүгінгі айналар жұқа және икемді, бірақ компьютермен басқарылады немесе басқа жолмен сегменттелген және компьютерлік басқару арқылы тураланған. Астрономның мақсаты әлсіз заттарды табу міндетінен басқа, олардың ұсақ бөлшектерін көру. Мәліметтерді танудың дәрежесі ажыратымдылық деп аталады:
- Бұлыңғыр кескіндер=нашар ажыратымдылық.
- Таза кескіндер=жақсы ажыратымдылық.
Жарық пен дифракция деп аталатын құбылыстардың толқындық табиғатына байланысты телескоп айнасының немесе линзасының диаметрі оның телескоптың диаметріне қатысты соңғы ажыратымдылығын шектейді. Мұндағы ажыратымдылық тануға болатын ең кішкентай бұрыштық бөлшекті білдіреді. Кішігірім мәндер суреттің тамаша мәліметтеріне сәйкес келеді.
Радиотелескоптар жақсы ажыратымдылықты қамтамасыз ету үшін өте үлкен болуы керек. Жердің атмосферасытурбулентті және бұлыңғыр телескоп кескіндері. Құрлық астрономдары аппараттың максималды ажыратымдылығына сирек жете алады. Атмосфераның жұлдызға турбулентті әсері көру деп аталады. Бұл турбуленттілік жұлдыздардың «жыпылықтауын» тудырады. Атмосфералық бұлыңғырлықты болдырмау үшін астрономдар телескоптарды ғарышқа шығарады немесе оларды атмосфералық жағдайы тұрақты биік тауларға орналастырады.
Параметрлерді есептеу мысалдары
Canon объективінің ажыратымдылығын анықтауға арналған деректер:
- Пиксель өлшемі=3,45 мкм x 3,45 мкм.
- Пиксельдер (ж x V)=2448 x 2050.
- Қажетті көру өрісі (көлденең)=100 мм.
- Сенсор ажыратымдылығының шегі: 1000/2x3, 45=145 лп/мм.
- Датчик өлшемдері:3,45x2448/1000=8,45 мм3, 45x2050/1000=7,07 мм.
- PMAG:8, 45/100=0,0845 мм.
- Линзаның ажыратымдылығын өлшеу: 145 x 0,0845=12,25 лп/мм.
Шын мәнінде, бұл есептеулер өте күрделі, бірақ олар сенсор өлшеміне, пиксел пішіміне, жұмыс қашықтығына және мм-дегі көру өрісіне негізделген кескін жасауға көмектеседі. Бұл мәндерді есептеу кескіндеріңіз бен қолданбаларыңыз үшін ең жақсы линзаны анықтайды.
Қазіргі оптика мәселелері
Өкінішке орай, сенсордың өлшемін екі есе ұлғайту линзалар үшін қосымша мәселелерді тудырады. Кескін объективінің құнына әсер ететін негізгі параметрлердің бірі пішім болып табылады. Үлкен форматты сенсор үшін линзаны жобалау қажеткөптеген жеке оптикалық құрамдас бөліктер, олар үлкенірек болуы керек және жүйенің тасымалдануы қатаңырақ.
1 дюймдік сенсорға арналған объектив ½ дюймдік сенсорға арналған объективтен бес есе қымбат болуы мүмкін, тіпті егер ол шектеулі пикселдік ажыратымдылықпен бірдей сипаттамаларды пайдалана алмаса да. Құны құрамдас бөлігі қалай болатынын ескеру қажет. линзаның ажырату қабілетін анықтау үшін.
Оптикалық бейнелеу бүгінде он жыл бұрынғыға қарағанда көбірек қиындықтарға кезігуде. Олар пайдаланылатын сенсорлардың ажыратымдылық талаптары әлдеқайда жоғары және пішім өлшемдері бір уақытта кішірек және үлкенірек басқарылады, ал пиксель өлшемі кішірейе береді.
Бұрын оптика бейнелеу жүйесін ешқашан шектемеген, бүгінде солай. Әдеттегі пиксель өлшемі шамамен 9 мкм болса, әлдеқайда кең таралған өлшем шамамен 3 мкм болады. Бұл нүкте тығыздығының 81 есе артуы оптикаға зиянын тигізді және құрылғылардың көпшілігі жақсы болғанымен, линзаларды таңдау бұрынғыдан да маңыздырақ.
