بررسی مشخصات فنی دوربین‌‌های تحقیقاتی(بخش2)

[vc_row][vc_column][vc_separator color=”white” style=”dashed” border_width=”3″ el_width=”5″][vc_column_text]

در بخش اول مقاله‌ی “بررسی مشخصات فنی دوربین‌های تحقیقاتی”، به بررسی پارامترهای سایز، تعداد و عمق پیکسل  پرداختیم. برای بررسی تعدادی دیگر از ویژگی‌های مهم در عملکرد دوربین‌های تحقیقاتی در این بخش نیز  با ما همراه باشید.

[/vc_column_text][vc_row_inner gap=”10″][vc_column_inner][vc_column_text]

بازده کوانتومی

بازده کوانتومی (Quantum efficiency) معیاری از میزان کارآیی سنسور در تبدیل فوتون به الکترون است و به عنوان حساسیت الکتریکی سنسور به نور، تعریف می‌شود. از آنجا که انرژی فوتون با طول‌موج آن نسبت عکس دارد، QE اغلب در طیف وسیعی از طول‌موج‌های مختلف اندازه‌گیری می‌شود تا کارایی دوربین در هر سطح انرژی فوتون مشخص شود. برای درک بهتر این کمیت باید بدانیم یک دوربین عکاسی به طور معمول QE کمتر از 10٪ دارد در حالی که دوربین‌های تحقیقاتی می‌توانند در برخی از طول‌موج‌ها QE بیش از 90٪ داشته باشند. حساسیت، که از مهمترین پارامترهای دوربین‌ تحقیقاتی است، رابطه مستقیم با بازده کوانتومی دارد. اگر میزان نور در سیستم تصویرنگاری کم باشد، بازده کوانتومی و سطح نویز کمیت‌های بسیار مهمی محسوب می‌شوند. بنابراین برای دستیابی به بهترین حساسیت، دوربین‌هایی با بازده کوانتومی‌بالا و نویز کم انتخاب‌های مناسبی هستند.

[/vc_column_text][/vc_column_inner][/vc_row_inner][vc_row_inner gap=”10″][vc_column_inner][vc_column_text]

دامنه دینامیکی

دامنه دینامیکی (Dynamic Range) برای یک دوربین یا حسگر تصویر دیجیتال، به صورت نسبت حداکثر سیگنال قابل دستیابی به نویز دوربین مشخص می‌شود. مقدار حداکثر سیگنال توسط ظرفیت چاه کامل تعیین شده و میزان نویز نیز با مجموع نویز جریان تاریک (الکتریکی) و نویز خوانش (اپتیکی) مشخص می‌شود. دامنه دینامیکی، به عنوان یکی از مشخصات فنی مهم دوربین‌های دیجیتال، با مقادیر متفاوتی گزارش می‌شود. برای مثال در کاتالوگ دوربین اُرکافلش شرکت هاماماتسو (ORCA-Flash4.0 V2) این کمیت به صورت 37000:1 بیان شده است، که معرف نسبت حداکثر سیگنال به نویز این دوربین می‌باشد. دامنه داینامیکی گاهی با واحد دسی‌بل نیز بیان شده و طبق رابطه زیر با یک ضریب 20برابر در لگاریتم‌ رابطه اصلی، محاسبه می‌شود. برای مثال برای دوربین دایانا400 شرکت تاکسن (Dhyana 400D) مقدار دامنه دینامیکی به صورت 85dB اعلام شده است.

Dynamic Range = 20 × Log (Full Well Capacity/N_electric+N_optic)

[/vc_column_text][/vc_column_inner][/vc_row_inner][vc_row_inner gap=”10″][vc_column_inner width=”3/4″][vc_column_text]

در موارد بسیاری نیز این کمیت با واحد بیت (bit) تعریف می‌شود و بیانگر عمق پیکسل یا سطح مقیاس خاکستری موجود در این محدوده دینامیکی است. برای مثال اگر دامنه دینامیکی دوربینی 230 باشد، حداقل به یک مبدل 8 بیتی آنالوگ به دیجیتال (A/D) با قابلیت تخصیص 256 سطح خاکستری (grayscale level)، و یا اگر دامنه دینامیکی 37000 باشد، به یک مبدل 16 بیتی با قابلیت تخصیص 65536 (2¹⁶) سطح خاکستری نیاز است تا سیگنال بدست آمده توسط پیکسل‌ها، به طور مناسب به دیتای دیجیتالی تبدیل شوند. برای مثال برای دوربین سنسیکم (sensicam qe) شرکت pco.imaging مقدار دامنه دینامیکی با عدد 12bit گزارش شده است که بیانگر عمق‌بیت مبدل آنالوگ به دیجیتال استفاده شده در دوربین است. با توجه به جدول مقابل می‌توان رابطه بین عمق بیت و دامنه دینامیکی دوربین را برای مقادیر مختلف مشخص کرد. در حالت کلی، با افزایش دامنه دینامیکی دوربین، توانایی اندازه‌گیری کمترین شدت نور در جسم مورد مشاهده، بهبود می‌یابد، بنابراین دامنه دینامیکی معیار مهمی برای تعیین کانتراست تصویر است.

سیاه‌و‌سفید یا رنگی

یک دوربین دیجیتال در مقیاس خاکستری (سیاه و سفید) اطلاعات شدت تابش نور را، صرف نظر از طول موج فوتون‌ها، در هر پیکسل ذخیره می‌کند. سپس اطلاعات حاصله با یک عدد 8 بیتی (یا بیشتر) دیجیتالی می‌شود که 0 = سیاه و 255 = سفید و اعداد میانی، طیف خاکستری بین این دو حد را نشان می‌دهد. در یک دوربین رنگی، پیکسل‌ها همانند دوربین‌های موجود در مقیاس خاکستری هستند با این تفاوت که هر پیکسل یک فیلتر رنگی در مقابل خود دارد که باعث می‌شود شدت نور فرودی را با توجه به طول‌موج آن اندازه‌گیری کند. بنابراین یک دوربین رنگی از یک سنسور تک‌رنگ (در مقیاس خاکستری) با یک آرایه‌ فیلتر‌رنگی (Color Filter Array, CFA)، تشکیل شده است. فیلترهای یک دوربین رنگی، در محدوده قرمز، سبز و آبی هستند، به عبارتی پیکسل‌ها شدت نور فرودی را در سه رنگ اصلی (سبز، آبی و قرمز RGB) اندازه‌گیری می‌کنند.

فیلتر بایر (Bayer Filter) رایج‌ترین الگوی آرایه‌ فیلتر‌رنگی مورد استفاده در دوربین‌های رنگی است. چیدمان فیلترها در جلوی پیکسل‌های موجود در یک دوربین در شکل روبرو دیده می‌شود. الگوی قرمز، سبز و آبی ایجاد شده توسط CFA بر روی سنسور نیز در شکل زیر نشان داده شده است. مشاهده می‌شود که تعداد پیکسل‌های سبز در مقابل پیکسل‌های قرمز و آبی دو برابر است. دلیل این امر حساسیت چشم انسان به نور سبز است و افزایش تعداد حسگرهای سبز، درنهایت تصویری می‌دهد که توسط چشم انسان دارای نزدیکترین “رنگ واقعی” تفسیر خواهد شد.

[/vc_column_text][/vc_column_inner][/vc_row_inner][vc_row_inner equal_height=”yes” gap=”10″][vc_column_inner width=”1/2″][vc_column_text]

به منظور بازسازی یک تصویر رنگی با مقادیر RGB در هر کدام از پیکسل‌ها، از فرایندی به نام موزاییک‌زدایی (demosaicing) استفاده می‌شود. در این فرآیند مقدار دو رنگ از دست رفته برای هر پیکسل، توسط مقادیر پیکسل همسایه، درون‌یابی می‌شود. امروزه الگوریتم‌های درون‌یابی مختلفی برای این کار وجود دارد و هر تولید‌کننده دوربین، از یک روش مخصوص استفاده می‌کند. به عنوان مثال در روش درون‌یابی دو خطی (bilinear interpolation)، برای درون‌یابی هر پیکسل، دیتای 8 تا نزدیکترین پیکسل مجاور در نظر گرفته می‌شود. همانطور که نشان داده شد، CFA با نمونه‌برداری از سه رنگ اصلی (قرمز، سبز و آبی) به طور جداگانه در مکان‎‌های فیزیکی مختلف، و سپس ساختن مقادیر رنگ در مکان‌های دیگر از طریق درون‌یابی، تصویری رنگی ایجاد می‌کند. این بدان معنی است که وضوح یک دوربین رنگی ذاتاً کمتر از همان دوربین در مقیاس خاکستری است. 

می‌دانیم که رزولوشن‌فضایی دوربین که معمولاً در واحد میلیون پیکسل یا مگاپیکسل بیان می‌شود با ضرب تعداد پیکسل‌های افقی در تعداد پیکسل‌های عمودی موجود در سنسور محاسبه می‌شود. (به عنوان مثال یک دوربین 1 مگاپیکسلی دارای آرایه حسگری 1024×1024 پیکسل می‌باشد). اگر بخواهیم خروجی مستقیم دوربین رنگی را در نظر بگیریم، رزولوشن تصویر خروجی بسیار کمتر از رزولوشن فضایی محاسبه شده برای دوربین است. به عنوان مثال، یک دوربین 1 مگاپیکسلی، یک تصویر 0/5 مگاپیکسلی سبز و تصاویر 0/25 مگاپیکسلی برای هر کدام از طول موج‌های قرمز و آبی ایجاد می‌کند. با استفاده از موزاییک‌زدایی، تصویر خروجی تا حدی به وضوح تصویر اصلی دوربین می‌رسد اما درنهایت رزولوشن به اندازه آنچه در سنسور خاکستری وجود دارد، نخواهد بود. این واقعیت در لبه‌های تصویر که اطلاق رنگ کاذب به پیکسل‌ها در آنجا بیشتر از سایر نقاط رخ می دهد، بیشترین نمود را در کاهش کیفیت تصویر خواهد داشت.

بنابراین هنگام انتخاب دوربین، باید به مبادله بین رزولوشن فضایی و تصویر رنگی، توجه شود. دوربین تک‌رنگ رزولوشن فضایی بالاتری را به شما می‌دهد. این امر به ویژه هنگام مشاهده اشیا بسیار کوچک مهم است، جایی که هر پیکسل در اندازه‌گیری و مشخصه‌یابی شکل و سایز جسم اهمیت می‌یابد. میدانیم که هدف‌نهایی تصویربرداری، تجزیه و تحلیل هرچه دقیق‌تر اجسام است یا به عبارتی تشخیص و توصیف انواع اجسام مختلف در یک مخلوط ناهمگن از لحاظ شکل و اندازه؛ حال اگر اطلاعات طول‌موجی اجسام در این زمینه کمک کننده‌ست، یک دوربین رنگی می‌تواند برای هدف شما مناسب باشد.

[/vc_column_text][/vc_column_inner][/vc_row_inner][vc_row_inner gap=”10″][vc_column_inner][vc_column_text]

برای ادامه مبحث “بررسی مشخصات فنی دوربین‌های تحقیقاتی”، بخش سوم این مقاله را مطالعه نمایید.

[/vc_column_text][/vc_column_inner][/vc_row_inner][vc_row_inner][vc_column_inner][vc_separator color=”white” style=”dashed” border_width=”3″ el_width=”5″][vc_column_text]

شما می‌توانید محصولات لبینت را در راستای تامین انواع دوربین‌های تحقیقاتی، در صفحه تصویرنگاری مشاهده نمایید.

[/vc_column_text][vc_column_text]

بسیار سپاسگزار خواهیم بود اگر زمان کوتاهی را به ما اختصاص دهید و نظرات و پیشنهادات خود را در مورد مبحث ارائه شده با ما درمیان بگذارید.

[/vc_column_text][/vc_column_inner][/vc_row_inner][/vc_column][/vc_row]