광학 해상도

광학 해상도는 이미징 시스템이 이미징 중인 객체의 세부 사항을 해결하는 기능을 나타냅니다.

촬상 시스템은 하나 이상의 렌즈를 포함한 다수의 개별 컴포넌트 및/또는 기록 및 표시 컴포넌트를 가질 수 있다.이러한 각 요소는 시스템의 광학 해상도에 (적절한 설계와 적절한 정렬이 주어짐) 기여합니다.이미징이 자주 이루어지는 환경은 더욱 중요한 요소입니다.

가로 해상도

분해능은 구별 가능한 두 복사점 사이의 거리에 따라 달라집니다.다음 섹션에서는 분해능의 이론적인 추정치를 설명하지만 실제 값은 다를 수 있습니다.아래 결과는 적절한 대비 수준을 가정한 Airy 디스크의 수학적 모델을 기반으로 합니다.저콘트라스트 시스템에서는, 이하의 이론으로 예측한 것보다 해상도가 훨씬 낮을 수 있습니다.실제 광학 시스템은 복잡하며, 실제적인 어려움은 종종 구별 가능한 점 소스 사이의 거리를 증가시킨다.

시스템의 분해능은 점을 개별적으로 구별할 수 있는 최소 $거리$ r $\displaystyle$ r을 $r$ 기반으로 합니다.여러 표준을 사용하여 점을 구별할 수 있는지 여부를 정량적으로 판단합니다.방법 중 하나는 한 점의 중심과 다음 점의 중심 사이의 라인에서 최대 및 최소 강도 사이의 대비가 최대값보다 26% 이상 낮도록 지정합니다.이는 에어리 디스크가 다른 디스크의 첫 번째 어두운 링 위에 겹치는 것에 해당합니다.이 분리 표준은 레일리 기준이라고도 합니다.기호에서 거리는 ^[1]다음과 같이 정의됩니다.

r=snfrac {1.22\sin}{2n\sin {theta }}=snfrac {0.61\snfrac}{\mathrm {NA} }

어디에

\displaystyle

r은

\lambda

가능한

r

\lambda

포인트 간의 최소 거리로,

\lambda

§\

displaystyle\displayda

를 지정한 것과 같은 단위입니다.

{\

{

displaystyle

\ δda

\lambda

}는

\lambda

빛의 파장, 발광 파장, 형광의 경우,

\displaystyle

n은 복사점을

n

둘러싼 매체의 굴절률입니다.

§(\displaystyle

\theta

)

는 목표에

\theta

진입하는 빛의 연필의 반각입니다.

\mathrm {NA}

A

(\

는

\mathrm{NA}

숫자 개구부입니다.

이 공식은 공초점 현미경 검사에 적합하지만 전통적인 현미경 검사에도 사용됩니다.공초점 레이저 스캔 현미경에서는 에어리 ^[1]디스크를 측정하는 데 어려움을 피하기 위해 포인트 확산 함수의 전폭 반최대(FWHM)를 사용하는 경우가 많습니다.이는 래스터링된 조명 패턴과 결합되어 더 나은 해상도를 얻을 수 있지만, 여전히 위에 제시된 Rayleigh 기반 공식에 비례합니다.

r=sqrc {0.4\sqrda}{\mathrm {NA}}

또한 현미경 검사 문헌에서는 콘트라스트에 대한 위에서 언급한 우려를 ^[2]다르게 다루는 분해능 공식도 일반적입니다.이 공식에 의해 예측된 분해능은 레일리 기반 공식에 비례하며 약 20% 차이가 납니다.이론적 분해능을 추정하기 위해서는 적절할 수 있다.

r=mathfrac {2n\sin {theta }}=mathfrac {NA}

콘덴서를 사용하여 샘플을 조명할 때는 콘덴서에서 나오는 빛의 연필 모양도 ^[3]포함해야 합니다.

r=mathrm {NA}_{obj}+\mathrm {NA}_{cond}}

적절하게 구성된 현미경에서 $\mathrm {NA} _{obj}+\mathrm {NA} _{cond}=2\mathrm {NA} _{obj}$ $\mathrm {NA} _{obj}+\mathrm {NA} _{cond}=2\mathrm {NA} _{obj}$ $\mathrm {NA} _{obj}+\mathrm {NA} _{cond}=2\mathrm {NA} _{obj}$ b $\mathrm {NA} _{obj}+\mathrm {NA} _{cond}=2\mathrm {NA} _{obj}$ + $\mathrm {NA} _{obj}+\mathrm {NA} _{cond}=2\mathrm {NA} _{obj}$ $\mathrm {NA} _{obj}+\mathrm {NA} _{cond}=2\mathrm {NA} _{obj}$ $\mathrm {NA} _{obj}+\mathrm {NA} _{cond}=2\mathrm {NA} _{obj}$ $\mathrm {NA} _{obj}+\mathrm {NA} _{cond}=2\mathrm {NA} _{obj}$ $\mathrm {NA} _{obj}+\mathrm {NA} _{cond}=2\mathrm {NA} _{obj}$ d $\mathrm {NA} _{obj}+\mathrm {NA} _{cond}=2\mathrm {NA} _{obj}$ $\mathrm {NA} _{obj}+\mathrm {NA} _{cond}=2\mathrm {NA} _{obj}$ $\mathrm {NA} _{obj}+\mathrm {NA} _{cond}=2\mathrm {NA} _{obj}$ $\mathrm {NA} _{obj}+\mathrm {NA} _{cond}=2\mathrm {NA} _{obj}$ $\mathrm {NA} _{obj}+\mathrm {NA} _{cond}=2\mathrm {NA} _{obj}$ j _ { $display$ \ $mathrm {NA } _$ { $obj$ } + \ $mathrm {NA } _$ { $cond = 2$ \ $mathrm {NA$ } $\mathrm {NA} _{obj}+\mathrm {NA} _{cond}=2\mathrm {NA} _{obj}$

위의 분해능 추정치는 두 개의 동일한 매우 작은 샘플이 모든 방향으로 일관되게 방사되는 경우에 한정됩니다.선원이 다른 강도 수준에서 방사되거나, 일관성이 있거나, 크기가 크거나, 불균일한 패턴으로 방사되는 경우 다른 고려사항이 고려되어야 한다.

렌즈 해상도

렌즈가 디테일을 해결하는 능력은 보통 렌즈의 품질에 의해 결정되지만, 궁극적으로는 회절에 의해 제한됩니다.물체의 점원에서 나오는 빛은 렌즈 구멍을 통해 회절하여 이미지 내에서 회절 패턴을 형성합니다.이 패턴은 에어리 패턴, 중앙의 밝은 로브는 에어리 디스크라고 불립니다.에어리 디스크의 각도 반지름(중앙에서 첫 번째 null까지 측정)은 다음과 같이 표시됩니다.

{\displaystyle\theta=1.22 frac {D}}

어디에

θ는 라디안 단위의 각도 분해능입니다.

θ는 빛의 파장(미터 단위)입니다.

D는 렌즈 개구부의 직경(미터)입니다.

물체의 두 인접점은 두 개의 회절 패턴을 일으킨다.두 점의 각도 간격이 에어리 디스크 각도 반지름보다 현저히 작을 경우 두 점을 영상으로 분해할 수 없지만, 각도 간격이 이보다 훨씬 클 경우 두 점의 뚜렷한 이미지가 형성되므로 분해할 수 있습니다.Rayleigh는 첫 번째 null에 대한 에어리 디스크 반지름과 각도 간격이 동일한 두 점을 해결된 것으로 간주할 수 있다는 다소 자의적인 "Rayleigh 기준"을 정의했습니다.렌즈의 직경이나 조리개가 클수록 해상도가 높아지는 것을 알 수 있다.천체 망원경은 점점 더 큰 렌즈를 가지고 있어서 별에서 훨씬 더 세밀하게 볼 수 있다.

그러나, 가장 고품질의 렌즈만이 회절 해상도가 한정되어 있어, 통상, 렌즈의 품질은 디테일을 해결하는 능력을 제한합니다.이 기능은 광신호의 공간(각도) 변동을 공간(각도) 주파수의 함수로 설명하는 광전송 함수에 의해 표현됩니다.이미지가 사진 필름이나 고체 검출기와 같은 평면에 투영되는 경우 공간 주파수가 선호되지만, 이미지가 렌즈에만 참조되는 경우 각 주파수가 선호됩니다.OTF는 다음과 같이 크기 및 위상 성분으로 나눌 수 있습니다.

\displaystyle \mathbf {OTF(\xi,\eta)} = \mathbf {MTF(\xi,\eta)} \cdot \mathbf {PTF(\xi,\eta)}

어디에

\displaystyle \mathbf {MTF(\xi,\eta)} = \mathbf {OTF(\xi,\eta)}

\displaystyle \mathbf {PTF(\xi,\eta)} = e^{-i2\cdot \pi \cdot \cdot \cdot \cdot da (\xi,\eta )}

및

(\xi ,\eta )

(

(\xi ,\eta )

)({displaystyle (\xi,\eta)}

은

(\xi,\eta)

각각 x 평면과 y 평면에서의 공간 주파수입니다.

OTF는 위의 제한 주파수 표현으로는 설명되지 않는 수차를 설명합니다.크기는 변조 전송 함수(MTF)라고 하며 위상 부분은 위상 전송 함수(PTF)라고 합니다.

영상촬영 시스템에서 위상 구성요소는 일반적으로 센서에 의해 캡처되지 않습니다.따라서 영상촬영 시스템과 관련하여 중요한 척도는 MTF입니다.

위상(phase)은 적응광학 및 홀로그래픽 시스템에 매우 중요합니다.

센서 해상도(공간)

일부 광학 센서는 전자파 에너지의 공간 차이를 감지하도록 설계되어 있습니다.여기에는 사진 필름, 고체 소자(CCD, CMOS 검출기 및 PtSi 및 InSb와 같은 적외선 검출기), 튜브 검출기(야간 비전 소자에 사용되는 비디콘, 플럼비콘 및 광전자 증배관), 스캔 검출기(주로 IR에 사용), 초전도 검출기 및 마이크로볼로미터가 포함된다.그러한 차이를 해결하기 위한 검출기의 능력은 대부분 검출 요소의 크기에 달려 있다.

공간 분해능은 일반적으로 밀리미터당 라인 쌍(lppmm), 라인(주로 아날로그 비디오용 해상도), 대비 대 사이클/mm 또는 MTF(OTF 계수)로 표시됩니다.MTF는 공간 샘플링 함수의 2차원 푸리에 변환을 취함으로써 찾을 수 있습니다.픽셀이 작을수록 MTF 곡선이 넓어지므로 고주파 에너지를 더 잘 검출할 수 있습니다.

이는 신호 샘플링 함수의 푸리에 변환을 취하는 것과 유사합니다. 이 경우 지배적인 요인은 그림 요소(픽셀)의 크기와 유사한 샘플링 주기입니다.

기타 요인으로는 픽셀 노이즈, 픽셀 크로스 토크, 기판 침투 및 채우기 요인이 있습니다.

비기술자의 일반적인 문제는 분해능을 설명하기 위해 검출기의 픽셀 수를 사용하는 것이다.모든 센서가 동일한 크기일 경우 허용됩니다.그렇지 않기 때문에 픽셀 수를 사용하면 오해의 소지가 있습니다.예를 들어, 20마이크로미터 정사각형 픽셀의 2메가픽셀 카메라는 8마이크로미터 픽셀의 1메가픽셀 카메라보다 해상도가 떨어지며, 다른 모든 것이 동일하다.

분해능 측정의 경우 필름 제조업체는 일반적으로 반응(%) 대 대 반응의 그림을 게시합니다.공간 주파수(밀리미터당 사이클).그 줄거리는 실험적으로 도출되었다.일반적으로 솔리드 스테이트 센서 및 카메라 제조업체는 아래에 설명된 절차에 따라 사용자가 이론적인 MTF를 도출할 수 있는 사양을 공개합니다.일부(특히 강화기 제조업체)는 나이키스트 주파수로 응답(%)을 발표하거나 응답이 50%인 빈도를 게시할 수 있습니다.

센서의 이론적인 MTF 곡선을 찾으려면 센서의 세 가지 특성, 즉 활성 감지 영역, 감지 영역을 구성하는 영역 및 상호 연결 및 지지 구조("부동산") 및 이러한 영역의 총 수(픽셀 수)를 알아야 합니다.총 픽셀 수는 거의 항상 지정됩니다.경우에 따라서는 전체 센서 치수가 지정되며, 여기에서 부동산 면적을 계산할 수 있습니다.부동산 영역이 주어지든 도출되든 활성 화소 영역이 주어지지 않을 경우 부동산 영역과 충전율에서 도출할 수 있다.여기서 충전률은 전용 부동산 영역에 대한 활성 영역의 비율이다.

FF=flac {a\cdot b}{c\cdot d}

어디에

픽셀의 활성 영역은 a×b 치수를 가진다
픽셀 부동산은 치수가 c×d이다.

Gaskill 표기법에서 감지 영역은 픽셀 간 거리(피치)의 2D 콤(x, y) 함수이며, 전체 센서 치수의 2D 직류(x, y) 함수에 의해 경계가 정해지는 픽셀 활성 영역의 2D 직류(x, y) 함수와 결합됩니다.이 푸리에 변환은 $\operatorname {comb} (\xi ,\eta )$ $\operatorname {comb} (\xi ,\eta )$ ( $\operatorname {comb} (\xi ,\eta )$ , $\operatorname {comb} (\xi ,\eta )$ $){$ $displaystyle \operatorname$ { $comb }$ ( \ $\operatorname {sinc} (\xi ,\eta )$ , \ $eta$ )함수이며 $\operatorname {comb} (\xi ,\eta )$ , sync $\operatorname {sinc} (\xi ,\eta )$ ( $\operatorname {sinc} (\xi ,\eta )$ \ $\operatorname {sinc} (\xi ,\eta )$ \ $operatorname$ { $sinc$ } ( \ $xi$ , \ $eta$ )함수로 $\operatorname {sinc} (\xi ,\eta )$ $\operatorname {sinc} (\xi ,\eta )$ 되어 $\operatorname {sinc} (\xi ,\eta )$ $\operatorname {sinc} (\xi ,\eta )$ )로 변환됩니다 $.$ $활성$ 영역에 대응하는 $ystyle$ \ $operatorname$ {function $}(\xi,\eta)$ 함수 $\operatorname {sinc} (\xi ,\eta )$ .이 마지막 함수는 MTF 함수의 전체 엔벨로프 역할을 합니다.픽셀 수가 1을 훨씬 초과하는 한 활성 영역 크기가 MTF를 지배합니다.

샘플링 함수:

\displaystyle \mathbf {S}(x,y)=\left[\operatorname {comb} \leftfrac\frac {x} {c},{\right})*\operatorname {rect},{\frac {x}{a},{\fracy}\right}\cdorname\cdot}\light]

여기서 센서는 M×N 픽셀을 가집니다.

$\displaystyle \mathbf {MTF_{sensor}} (\xi,\eta)}$	$(\displaystyle = specmathcal {FF}}(\mathbf {S}(x,y))})$
	$=[\operatorname {filename} ((M\cdot c)\cdot \xi , (N\cdot d)\cdot \eta )*\operatorname {comb} (c\cdot \xi , d\cdot \eta )]\cdot \operatorname {filename {f} (a$

센서 해상도(일시적)

초당 24프레임으로 실행되는 영상촬영 시스템은 기본적으로 2D 영역을 샘플링하는 이산 샘플링 시스템입니다.Nyquist에서 설명하는 제한 사항은 신호 샘플링 시스템과 동일한 제한 사항이 이 시스템에 적용됩니다.

모든 센서는 시간 응답 특성이 있습니다.필름은 상호성 파괴에 의해 짧은 해상도 및 긴 해상도 극단에서 모두 제한됩니다.일반적으로 이 값은 1초 이상 1/10,000초 이하로 유지됩니다.또한 필름은 노광 메커니즘을 통해 필름을 전진시키기 위한 기계 시스템 또는 노광하기 위한 움직이는 광학 시스템이 필요합니다.이것에 의해, 연속하는 프레임이 노출되는 속도가 제한됩니다.

CCD와 CMOS는 비디오 센서의 현대적인 선호도입니다.CCD는 한 사이트에서 다른 사이트로의 전하 이동 속도에 따라 속도가 제한됩니다.CMOS는 개별적으로 주소 지정이 가능한 셀을 가지고 있다는 장점이 있으며, 이는 고속 사진 산업에서 그 장점으로 이어지고 있다.

Vidicon, Plumpicon 및 이미지 인텐시파이어에는 특정 애플리케이션이 있습니다.표본 추출 속도는 사용된 인광체의 붕괴 속도에 따라 달라집니다.예를 들어 P46 인광체의 붕괴 시간은 2마이크로초 미만인 반면 P43 인광체의 붕괴 시간은 2-3밀리초 정도입니다.따라서 P43은 1000프레임/초(프레임/초) 이상의 프레임환율에서는 사용할 수 없습니다.인광 정보에 대한 링크는 § 외부 링크를 참조하십시오.

열전 검출기는 온도 변화에 반응한다.따라서 정적 장면이 감지되지 않으므로, 그들은 초퍼가 필요합니다.또한 붕괴 시간이 있으므로, 초전 시스템 시간 응답은 밴드 패스가 되고, 논의된 다른 검출기는 로우 패스가 된다.

씬(scene) 내의 물체가 영상촬영 시스템을 기준으로 움직이는 경우 모션 블러로 인해 공간 분해능이 낮아집니다.통합 시간이 짧으면 흐릿함이 최소화되지만, 통합 시간은 센서 감도에 따라 제한됩니다.또한, 동영상의 프레임 간 움직임은 디지털 동영상 압축 방식(예: MPEG-1, MPEG-2)에 영향을 미칩니다.마지막으로, 카메라 내부에서 실제 또는 명백한 움직임이 필요한 샘플링 방식(스캔 미러, 롤링 셔터)이 있어 이미지 모션이 잘못 렌더링될 수 있습니다.따라서 센서 감도 및 기타 시간 관련 요소는 공간 분해능에 직접적인 영향을 미칩니다.

해상도에 대한 아날로그 대역폭 효과

디지털 시스템(예: HDTV 및 VGA)의 공간 분해능은 각 픽셀이 디지털화, 전송 및 이산값으로 저장되기 때문에 아날로그 대역폭과 독립적으로 고정됩니다.디지털 카메라, 레코더 및 디스플레이는 카메라에서 디스플레이까지 해상도가 동일하도록 선택해야 합니다.그러나 아날로그 시스템에서는 카메라, 레코더, 케이블링, 앰프, 송신기, 수신기 및 디스플레이의 해상도는 모두 독립적일 수 있으며 전체 시스템 해상도는 최저 성능 컴포넌트의 대역폭에 의해 제어됩니다.

아날로그 시스템에서는 각 수평선이 고주파 아날로그 신호로서 송신된다.따라서 각 화소(화소)는 아날로그 전기값(전압)으로 변환되며, 따라서 화소간 값의 변화는 전압의 변화가 된다.전송 표준에서는, 샘플링은 고정 시간내에 실시할 필요가 있습니다(아래에 개략적으로 설명).따라서, 단위 시간 당 더 많은 픽셀(즉, 더 높은 주파수)이 필요하게 됩니다.이러한 신호는 일반적으로 케이블, 앰프, 레코더, 송신기 및 수신기에 의해 대역 제한이 있기 때문에 아날로그 신호의 대역 제한은 공간 분해능에 대한 효과적인 로우패스 필터 역할을 합니다.VHS(스캔 라인당 240라인 식별 가능), Betamax(280라인) 및 최신 ED 베타 형식(500라인) 간의 해상도 차이는 주로 기록 대역폭의 차이로 설명됩니다.

NTSC 전송 표준에서는 각 필드에 262.5 행이 포함되어 있으며 59.94 필드가 초당 전송됩니다.따라서 각 행은 63마이크로초 소요되며, 이 중 10.7은 다음 행으로 리셋됩니다.따라서 리트레이스 레이트는 15.734kHz입니다.그림이 거의 동일한 수평 및 수직 해상도를 가지려면(Kell 계수 참조), 라인당 228 사이클을 표시할 수 있어야 하며, 4.28MHz의 대역폭이 필요합니다.라인(센서) 폭을 알고 있는 경우, 이를 공간 분해능 단위인 밀리미터당 사이클로 직접 변환할 수 있습니다.

B/G/I/K 텔레비전 시스템 신호(통상은 PAL 컬러 인코딩과 함께 사용)는 프레임을 송신하는 빈도가 낮지만(50Hz), 프레임은 회선이 많고 폭이 넓기 때문에 대역폭 요건은 비슷합니다.

"불명한 선"은 주기의 절반을 형성하므로(주기는 어둡고 밝은 선이 필요함), "228 사이클"과 "456 라인"은 동등한 측정값입니다.

시스템 해상도

「시스템 해상도」를 결정하는 방법에는, 2개의 방법이 있습니다(눈을 생략하는 의미, 또는 광학 정보의 최종 수신을 생략하는 의미).첫 번째 방법은 이미지와 렌즈로 일련의 2차원 컨볼레이션을 수행하는 것입니다. 그 다음 절차 결과와 센서(시스템의 모든 구성 요소를 통해)를 사용합니다.이는 계산 비용이 많이 들 뿐만 아니라 일반적으로 이미지를 생성하는 각 추가 객체에 대해 프로세스를 반복해야 합니다.

$\mathbf {이미지(x,y)=}$	$\displaystyle \mathbf {개체(x,y)PSF_{atmosphere}(x,y)} }$
	$\displaystyle \mathbf {PSF_{lens}(x,y)PSF_{sensor}(x,y)}$
	$\displaystyle \mathbf {PSF_{transmission}(x,y)*PSF_{display}(x,y)} }$

다른 방법은 시스템의 각 구성요소를 공간 주파수 영역으로 변환한 다음 2-D 결과를 곱하는 것입니다.시스템 응답은 오브젝트를 참조하지 않고 결정할 수 있다.이 방법은 개념적으로 이해하기가 상당히 어렵지만, 특히 다른 설계 반복이나 이미징된 물체를 테스트해야 할 경우 계산적으로 사용하기 쉬워진다.

사용되는 변환은 푸리에 변환입니다.

$\mathbf {MTF_{sys}(\xi,\eta)=}$	$\displaystyle \mathbf {MTF_{atosphere}(\xi,\eta)\cdot MTF_{lens}(\xi,\eta)\cdot }$
	$\displaystyle \mathbf {MTF_{sensor}(\xi,\eta)\cdot MTF_{transmission}(\xi,\eta)\cdot }$
	$\displaystyle \mathbf {MTF_{display}(\xi,\eta)} }$

눈의 해상도

인간의 눈은 많은 시스템의 제한적인 특징이며, 이 시스템의 목표는 처리를 위해 인간에게 데이터를 제공하는 것입니다.

예를 들어, 보안 또는 항공 교통 관제 기능에서는 디스플레이와 작업대를 구성하여 일반인이 문제를 감지하고 시정 조치를 지시할 수 있도록 해야 한다.다른 예는 인간이 비행(시각적 참조에 의한 조종), 차량 운전 등과 같은 중요한 작업을 수행하기 위해 눈을 사용하는 경우입니다.

광학 중심(공막)에서 인간 눈의 가장 좋은 시력은 선 쌍당 1분 미만이며, 공에서 빠르게 떨어져 있다.

인간의 뇌는 눈이 무엇을 이미징하고 있는지를 이해하기 위해 한 쌍의 선 이상을 필요로 한다.Johnson의 기준은 항목을 인식하거나 식별하는 데 필요한 눈 해상도 또는 센서 해상도의 라인 쌍 수를 정의합니다.

대기 분해능

긴 대기 경로를 통과하는 시스템은 난류에 의해 제한될 수 있습니다.대기 난류의 질에 대한 중요한 척도는 Fried의 시야 직경이라고도 알려진 시야 직경이다.일시적으로 일관된 경로를 등행성 패치라고 한다.

큰 구멍은 여러 경로가 하나의 영상에 통합되어 있는 결과로 구멍 평균화에 시달릴 수 있습니다.

난류는 약 6/5의 전력으로 파장과 함께 확장됩니다.따라서 가시 파장보다 적외선 파장에서 보는 것이 더 낫다.

짧은 노출은 "내부" 및 "외부" 스케일 난류로 인해 긴 노출보다 적은 난류를 겪는다. 짧은 노출은 가시적 이미징의 경우 10ms보다 훨씬 적은 것으로 간주된다(일반적으로 2ms 미만).내부 규모 난류는 난류의 소용돌이에 의해 발생하는 반면, 외부 규모 난류는 큰 기단 흐름에서 발생합니다.이러한 질량은 일반적으로 느리게 이동하기 때문에 통합 주기를 줄임으로써 감소합니다.

광학적 품질만으로 제한되는 계는 회절제한계라고 한다.그러나 일반적으로 대기 난류가 긴 대기 경로를 통해 볼 수 있는 가시적 시스템의 제한 요소이기 때문에 대부분의 시스템은 난류가 제한된다.수정은 적응 광학 또는 후처리 기술을 사용하여 수행할 수 있습니다.

\displaystyle \operatorname {MTF} _{s}(\nu)=e^{-3.44\cdot (\displayda f\nu /r_{0})^5/3}\cdot [1-b\cdot (\cdisplayda f\nu / D)^1/3}}}}}}

어디에

§

(\displaystyle

\nu

)

는

\nu

공간 주파수입니다.

§

(\displaystyle

\displayda

)

는

\lambda

파장입니다.

f는 초점 거리입니다.

D는 조리개 직경입니다.

b는 상수입니다(원거리 전파의 경우 1).

r_{0}

0

({

은

r_{0}

Fried의 시야 지름입니다.

광학 분해능 측정

다양한 측정 시스템을 사용할 수 있으며, 사용 방법은 테스트 대상 시스템에 따라 다를 수 있습니다.

CTF(Contrast Transfer Function)의 일반적인 검정 차트는 반복되는 막대 패턴으로 구성됩니다(아래 설명 참조).한계 분해능은 정확한 막대 수를 확인할 수 있는 가장 작은 막대 그룹을 수직 및 수평으로 결정함으로써 측정된다.그러나 몇 가지 다른 주파수에서 흑백 영역 간의 대비를 계산함으로써 CTF의 포인트를 대비 방정식으로 결정할 수 있습니다.

${\displaystyle\text{\max}=black{C_{\min}}{C_{\max}}+C_{\min}}}}$

어디에

C_{\max }

max {

displaystyle C_{\max

}}는

C_{\max }

최대값의 정규화 값입니다(예를 들어 흰색 영역의 전압 또는 회색 값).

C_{\min }

min(\

displaystyle C_{\min})

은

C_{\min}

최소값의 정규화 값입니다(

C_{\min }

를 들어 검은색 영역의 전압 또는 회색 값).

시스템에서 더 이상 막대를 해결할 수 없는 경우 흑백 영역의 값이 같으므로 대비 = 0입니다.매우 낮은 공간 주파수에서는_max C = 1 및 C_min = 0이므로 변조 = 1. 일부 변조가 한계 분해능 이상으로 나타날 수 있습니다. 이러한 변조는 앨리어스 및 위상 편차가 있을 수 있습니다.

ISO 12233 표적의 간섭도, 사인파 및 모서리를 포함한 다른 방법을 사용할 경우 전체 MTF 곡선을 계산할 수 있습니다.에지에 대한 응답은 스텝 응답과 유사하며 스텝 응답의 첫 번째 차이에 대한 푸리에 변환이 MTF를 생성합니다.

간섭도

2개의 코히런트 광원 사이에 작성된 간섭도는 적어도 2개의 분해능 관련 목적으로 사용할 수 있다.첫 번째 방법은 렌즈 시스템의 품질을 결정하는 것이고(LUPI 참조), 두 번째 방법은 패턴을 센서(특히 사진 필름)에 투영하여 해상도를 측정하는 것입니다.

NBS 1010a/ISO #2 타깃

이 5bar 분해능 테스트 차트는 마이크로필름 시스템 및 스캐너 평가에 자주 사용됩니다.1:1 범위(일반적으로 1-18 사이클/mm)에 편리하고 사이클/mm 단위로 직접 표시됩니다.상세한 것에 대하여는, ISO-334 를 참조해 주세요.

USAF 1951 목표물

SilverFast 해상도 타겟 USAF 1951으로 스캐너의 최적 해상도를 확인

USAF 1951 분해능 테스트 대상은 3개의 막대 타깃 패턴으로 구성됩니다.종종 0.25 ~ 228 사이클/mm 범위에 걸쳐 발견됩니다.각 그룹은 6개의 요소로 구성됩니다.그룹은 그룹 번호(-2, -1, 0, 1, 2 등)로 지정되며, 그룹 번호는 2가 첫 번째 요소의 공간 주파수를 얻기 위해 상승해야 하는 검정력이다(예: 그룹 -2는 밀리미터당 0.25 라인 쌍).각 원소는 그룹 내 선행 원소보다 작은 2의 6번째 루트(예를 들어 원소 1은 2^0, 원소 2는 2^(-1/6, 원소 3은 2(-1/3) 등)이다.분해할 수 없는 제1원소의 군번 및 요소번호를 읽어냄으로써 검사로 제한해상도 판정할 수 있다.OCR-A 확장 글꼴을 사용하여 막대 및 공간에 주기/mm 단위로 직접 레이블을 지정하는 개선되었지만 표준화되지는 않은 레이아웃 차트를 사용하면 복잡한 번호 체계와 룩업 차트의 사용을 피할 수 있다.

$해상도=2^{group}+{\frac {blac-1}{6}}}$

NBS 1952 목표물

NBS 1952 목표는 3bar 패턴(긴 막대)입니다.공간 주파수는 각 트리플 바 세트와 함께 인쇄되므로 한계 분해능은 검사를 통해 결정할 수 있습니다.이 주파수는 일반적으로 차트의 크기를 줄인 후에만 표시됩니다(일반적으로 25회).원래 응용 프로그램에서는 이미징 렌즈의 초점 거리의 26배에 해당하는 거리에 차트를 배치해야 했습니다.위와 왼쪽의 막대는 2의 제곱근(12, 17, 24 등)으로 약하게 구분된 순서대로 배열되어 있으며, 아래와 왼쪽의 막대는 같은 간격이지만 다른 시작점(14, 20, 28 등)을 가진다.

EIA 1956 비디오 해상도 목표

EIA 1956 해상도 차트는 텔레비전 시스템에서 사용하도록 특별히 설계되었습니다.중심 부근에서 점차 확대되는 라인은 해당 공간 주파수의 주기적인 표시로 표시됩니다.제한 분해능은 검사에 의해 결정될 수 있다.수직 해상도는 일반적으로 해당하는 비디오 표준(I/B/G/K/NTSC/NTSC-J)에 의해 결정되므로 가장 중요한 척도는 수평 해상도를 제한하는 것입니다.

IEEE 표준 208-1995 타깃

IEEE 208-1995 해결 목표는 EIA 목표와 유사합니다.해상도는 가로 및 세로 TV 회선으로 측정됩니다.

ISO 12233 타깃

ISO 12233 타깃은 디지털 카메라 어플리케이션용으로 개발되었습니다.이는 현대의 디지털 카메라 공간 분해능이 이전 타깃의 한계를 초과할 수 있기 때문입니다.푸리에 변환에 의한 MTF 계산을 위한 몇 가지 칼끝 타깃을 포함합니다.에지가 여러 위상으로 샘플링되도록 수직에서 5도 오프셋되므로 샘플링의 나이키스트 주파수를 초과하는 공간 주파수 응답을 추정할 수 있습니다.

랜덤 테스트 패턴

이 개념은 음향에서 백색 노이즈 패턴을 사용하여 시스템 주파수 응답을 결정하는 것과 유사합니다.

단조롭게 증가하는 사인 패턴

필름 해상도를 측정하는 데 사용되는 간섭도는 개인용 컴퓨터에서 합성되어 광학 해상도를 측정하는 패턴을 생성하는 데 사용될 수 있습니다.특히 Kodak MTF 곡선을 참조하십시오.

멀티버스트

멀티버스트 신호는 아날로그 전송, 기록 및 디스플레이 시스템을 테스트하는 데 사용되는 전자 파형입니다.테스트 패턴은 특정 주파수의 몇 가지 짧은 기간으로 구성됩니다.각각의 대비는 검사를 통해 측정되고 기록될 수 있으며, 감쇠 대 주파수의 그래프를 제공합니다.NTSC3.58 멀티버스트 패턴은 500kHz, 1MHz, 2MHz, 3MHz 및 3.58MHz 블록으로 구성됩니다.이것은 NTSC 비디오의 크로미넌스 주파수이기 때문에 중요합니다.

논의

막대 표적을 사용하면 결과 측정이 MTF가 아닌 CTF(콘트라스트 전송 함수)입니다.이 차이는 사각파의 하위 고조파에서 발생하며 쉽게 계산할 수 있습니다.

「」를 참조해 주세요.

참조

^ ^a ^b "Olympus FluoView Resource Center: Resolution and Contrast in Confocal Microscopy". olympusconfocal.com. Archived from the original on July 5, 2004. Retrieved 2019-12-30.
^ 현미경 목적 현미경의 특성u
^ 분자 발현 현미경 검사 입문서:현미경 해부학 - 수치 개구와 분해능

Gaskill, Jack D.(1978), 선형 시스템, 푸리에 변환 및 광학, Wiley-Intercience.ISBN 0-471-29288-5
Goodman, Joseph W. (2004), 푸리에광학개론 (제3판), Roberts & Company 퍼블리셔.ISBN 0-9747077-2-4
Fried, David L.(1966) "매우 길고 매우 짧은 노출에 대해 무작위로 불균일한 매체를 통한 광학 분해능." J. Opt. Soc.아머 56:1372-9
로빈, 마이클, 그리고 풀린, 마이클(2000), 디지털 텔레비전 펀더멘털(2판), 맥그로-힐 프로페셔널.ISBN 0-07-135581-2
Smith, Warren J. (2000), 현대 광학 엔지니어링 (제3판), McGraw-Hill Professional.ISBN 0-07-136360-2
Acetta, J. S. and Shumaker, D. L. (1993), 적외선 및 전기 광학 시스템 핸드북, SPIE/ERIM. ISBN 0-8194-1072-1
Roggemann, Michael and Welsh, Byron (1996), Imaging Through Durblement, CRC Press.ISBN 0-8493-3787-9
타타르스키, V. I.(1961), 난류 매체에서의 파동 전파, 뉴욕 주 맥그로힐

외부 링크

Norman Koren 웹사이트 - 다운로드 가능한 테스트 패턴 포함
UC Santa Cruz 교수Adaptive Optics Astronomy 289C의 Claire Max 강의 및 노트
고해상도 스캔에서 George Ou가 EIA 1956 차트를 재작성했습니다.
센서가 렌즈를 "해상도"합니까? - 렌즈와 센서 해상도의 상호 작용

[olympusconfocal1-1] "Olympus FluoView Resource Center: Resolution and Contrast in Confocal Microscopy". olympusconfocal.com. Archived from the original on July 5, 2004. Retrieved 2019-12-30.

[2] 현미경 목적 현미경의 특성u

[3] 분자 발현 현미경 검사 입문서:현미경 해부학 - 수치 개구와 분해능

[1]

[2]

[3]

Search