Кіріспе
Оптикалық ажырату – оптикада кескіндік жүйенің нысанның ең ұсақ бөлшектерін ажырату қабілетін сипаттайды. Кескіндік жүйеде бір немесе бірнеше линзалар, сондай-ақ жазу және көрсету құрылғылары сияқты көптеген жеке компоненттер болуы мүмкін. Олардың әрқайсысы (дұрыс есептелген және дұрыс реттелген жағдайда) жүйенің оптикалық ажырату қабілетіне үлес қосады; кескіндер түсірілетін орта да маңызды рөл атқарады.
optical resolution in optics
Optical resolution describes the ability of an imaging system to resolve detail, in the object that is being imaged. An imaging system may have many individual components, including one or more lenses, and/or recording and display components. Each of these contributes (given suitable design, and adequate alignment) to the optical resolution of the system; the environment in which the imaging is done often is a further important factor.
Сенсордың ажыратылуы (уақытша)
Секундінде 24 кадр жылдамдықпен жұмыс істейтін бейнелеу жүйесі, негізінен, 2D аймақты дискретті үлгілеу арқылы сканерлейтін жүйе болып табылады. Бұл жүйеге Никвист сипаттаған шектеулер, кез келген сигналды үлгілеу жүйесіне қатысты қолданылады. Барлық сенсорлардың уақытқа реакциясы болады. Фильмнің ажыратымдылығы, қысқа және ұзақ диапазондарда өзара байланыс бұзылуымен шектеледі. Бұл әдетте 1 секундтан ұзақ және 1/10,000 секундтан қысқа уақыттар үшін жарамды. Сонымен қатар, фильмді экспозиция механизмі арқылы жылжыту үшін механикалық жүйе немесе экспозиция үшін қозғалатын оптикалық жүйе қажет. Бұл, кадрлардың тікелей іске қосылу жылдамдығын шектейді. CCD және CMOS қазіргі заманғы бейне сенсорлары болып табылады. CCD жылдамдығы, зарядтың бір жерден екінші жерге жылжу жылдамдығымен шектеледі. CMOS жеке адрестелетін жасушаларға ие болу артықшылығына ие, бұл оның жоғары жылдамдықты фотосурет саласында көшбас болуына әкелді. Видикон, Плумбикон және бейне күшейткіштердің нақты қолданылу салалары бар. Олардың үлгілеу жылдамдығы, қолданылатын люминофордың ыдырау жылдамдығына байланысты. Мысалы, P46 люминофорының ыдырау уақыты 2 микросекундтан кем, ал P43 люминофорының ыдырау уақыты шамамен 2-3 миллисекунд құрайды. Сондықтан, P43 люминофоры секундына 1000 кадрдан жоғары жылдамдықпен (кадр/с) қолдануға жарамсыз. Люминофор туралы ақпаратқа сілтемелерді қараңыз. Пироэлектрлік детекторлар температура өзгерісіне жауап береді. Сондықтан, статикалық көрініс анықталмайды, сондықтан оларға кескіштер қажет. Олардың да ыдырау уақыты бар, сондықтан пироэлектрлік жүйенің уақытша жауабы жолақты болады, ал қалған детекторлардың жауабы төмен жиілікті болады. Егер сахнадағы объектілер бейнелеу жүйесіне қатысты қозғалса, нәтижесінде пайда болатын қозғалыс бұлыңғырлығы кеңістіктік ажыратымдылықтың төмендеуіне әкеледі. Ұзақ экспозиция уақыты бұлыңғырлықты азайтады, бірақ экспозиция уақыты сенсордың сезімталдығымен шектеледі. Сонымен қатар, кинодағы кадрлар арасындағы қозғалыс, цифрлық бейне сығымдау схемаларына (мысалы, MPEG 1, MPEG 2) әсер етеді. Соңында, камераның ішінде нақты немесе көзге көрінетін қозғалысты қажет ететін үлгілеу схемалары бар (айналы сканерлер, жылдам жалюзилер), бұл бейне қозғалысын дұрыс көрсетпеуіне әкелуі мүмкін. Сондықтан, сенсордың сезімталдығы және басқа да уақытқа байланысты факторлар кеңістіктік ажыратымдылыққа тікелей әсер етеді.
Аналогтық жолақтың шешілімге әсері
Цифрлық жүйелердің (мысалы, HDTV және VGA) кеңістіктік ажыратымдылығы аналогтық жолақтың еніне тәуелсіз бекітіледі, себебі әрбір пиксель цифрландырылып, беріліп, дискретті мән ретінде сақталады. Цифрлық камералар, жазғыштар және дисплейлер камера мен дисплейдің ажыратымдылығы бірдей болуы үшін таңдалуы керек. Дегенмен, аналогтық жүйелерде камераның, жазғыштың, кабельдің, күшейткіштердің, таратушылардың, қабылдағыштардың және дисплейдің ажыратымдылығы тәуелсіз болуы мүмкін, ал жалпы жүйелік ажыратымдылық ең нашар өнімділік көрсеткен компоненттің жолақтық енімен анықталады. Аналогтық жүйелерде әрбір көлденең сызық жоғары жиілікті аналогтық сигнал ретінде беріледі. Сондықтан әрбір сурет элементі (пиксель) аналогтық электрлік мәнге (кернеуге) айналады, демек пиксельдер арасындағы мәндердің өзгеруі кернеудің өзгеруіне алып келеді. Тасымалдау стандарттары үлгі алудың белгілі бір уақытта (төменде сипатталғандай) жүргізілуін талап етеді, сондықтан бір сызыққа көбірек пиксельдер орналастырылса, уақыт бірлігіне көбірек кернеу өзгерісі керек болады, яғни жиілік жоғарылайды. Мұндай сигналдар әдетте кабельдермен, күшейткіштермен, жазғыштармен, таратушылармен және қабылдағыштармен шектелетіндіктен, аналогтық сигналдың жолақтық шектеуі кеңістіктік ажыратымдылыққа тиімді төмен өткізгіш сүзгі ретінде әсер етеді. VHS (240 көрінетін сызық), Betamax (280 сызық) және жаңа ED Beta форматы (500 сызық) арасындағы ажыратымдылықтың айырмашылығы негізінен жазу жолағының енінің айырмашылығымен түсіндіріледі. NTSC тасымалдау стандартында әр өрісте 262,5 сызық болады және әр секунд сайын 59,94 өріс беріледі. Сондықтан әр сызыққа 63 микросекунд жұмсалады, оның 10,7-сі келесі сызыққа қайта орналасу үшін қажет. Осылайша, қайта іздеу жиілігі 15,734 кГц құрайды. Сурет көлденең және тік ажыратымдылықтары шамамен бірдей болуы үшін (Kell коэффициентіне қараңыз), ол бір сызыққа 228 циклды көрсетуге қабілетті болуы керек, бұл үшін 4,28 МГц жолақтық ені қажет. Егер сызықтың (сенсордың) ені белгілі болса, оны тікелей миллиметрдегі циклдарға айналдыруға болады, бұл кеңістіктік ажыратымдылықтың бірлігі болып табылады. B/G/I/K теледидар жүйесі сигналдары (әдетте PAL түсті кодтауымен қолданылады) кадрларды жиірек (50 Гц) таратады, бірақ кадрда көбірек сызықтар бар және ол кеңірек, сондықтан жолақтық енінің талаптары ұқсас. Ескеріңіз, "көрінетін сызық" бір циклдың жартысын құрайды (цикл үшін қараңғы және ақ сызық қажет), сондықтан "228 цикл" және "456 сызық" шамалас өлшемдер болып табылады.
Жүйенің ажыратылуы
"Жүйелік ажыратымдылықты" (көзді немесе оптикалық ақпаратты соңғы қабылдауын ескермейтін мағынада) анықтаудың екі тәсілі бар. Біріншісі – екі өлшемді конволюциялар тізбегін орындау, біріншіден – кескінмен және линзамен, содан кейін – осы процедураның нәтижесімен және сенсормен (және жүйенің барлық компоненттері арқылы). Бұл тек есептеулерге көп шығын ғана емес, сонымен қатар бейнеленетін әрбір қосымша нысан үшін процесті қайталауды қажет етеді. Екінші тәсіл – жүйенің әрбір компонентін кеңістіктік жиілік саласына түрлендіру, содан кейін 2D нәтижелерді көбейту. Объектіге сілтеме жасамастан жүйенің реакциясын анықтауға болады. Бұл тәсіл тұжырымдық тұрғыдан түсінуге қиын болғанымен, есептеу жағынан қолдану оңайырақ, әсіресе әртүрлі дизайндық итерацияларды немесе бейнеленген нысандарды сынау қажет болғанда. Қолданылатын түрлендіру – Фурье түрлендіруі.
Көздің ажыратылуы
Адамның көзі көптеген жүйелердің шектеулі факторы болып табылады, егер жүйенің мақсаты адамдарға өңдеу үшін деректерді ұсыну болса. Мысалы, қауіпсіздік немесе әуе трафигін басқару функцияларында дисплей және жұмыс станциясы орташа адамдардың проблемаларды анықтап, түзету шараларын қабылдауына мүмкіндік беретіндей етіп құрылуы керек. Басқа мысалдар, адамның маңызды міндеттерді орындау үшін көзін пайдалануы, мысалы, ұшу (көрнекі бағдарлау арқылы пилоттау), көлік жүргізу және т.б. Адам көзінің оптикалық центріндегі (фовеядағы) ең жақсы көру қабілеті бір сызық жұбына 1 доғалық минуттан кем, ал фовеядан алшақтаған сайын тез төмендейді. Адам миына көздің түсірген суретін түсіну үшін бір ғана сызық жұбы жеткіліксіз. Джонсонның критерийлері бір нысанды тану немесе анықтау үшін қажетті көздің немесе сенсордың ажыратымдылығының сызық жұптарының санын анықтайды.
Интерферограмма
Екі когерентті жарық көзі арасында жасалған интерферограмма кем дегенде екі ажыратымдылыққа қатысты мақсатта қолданылуы мүмкін. Біріншісі – линза жүйесінің сапасын анықтау (LUPI қараңыз), ал екіншісі – ажыратымдылықты өлшеу үшін сенсорға (әсіресе фотопленкаға) бейне проекциялау.
NBS 1010a/ ISO #2 нысанасы
Бұл 5 жолақты ажыратымдылық сынақ кестесі микрофильм жүйелерін және сканерлерді бағалау үшін жиі қолданылады. Ол 1:1 масштабта (әдетте 1-ден 18 цикл/мм дейін) қолдануға ыңғайлы және цикл/мм бірліктерімен тікелей белгіленген. Толық ақпарат ISO 3334 стандартында келтірілген.
Әуе күштері 1951 жылғы мақсаты
USAF 1951 жылғы ажыратымдылық сынақ нысанасы 3 жолақты нысаналардың үлгісінен тұрады. Көбінесе 0,25-тен 228 цикл/мм дейінгі диапазонды қамтиды. Әр топ алты элементтен тұрады. Топ, топ нөмірімен (2, 1, 0, 1, 2, т.б.) белгіленеді, бұл бірінші элементтің кеңістіктік жиілігін алу үшін 2-ге дәрежелеуге қажетті қуатты көрсетеді (мысалы, 2-топ – 0,25 сызық жұбы миллиметрге). Әр элемент, топтағы алдыңғы элементтен 2-нің 6-шы түбірімен кіші болады (мысалы, 1-ші элемент 2^0, 2-ші элемент 2^(1/6), 3-ші элемент 2^(1/3) және т.б.). Ажырату мүмкін емес бірінші элементтің топ және элемент нөмірін анықтау арқылы шекті ажыратымдылықты тексеру арқылы анықтауға болады. Күрделі нөмірлеу жүйесінен және анықтама кестесін пайдаланудан, OCR A кеңейтілген қаріпін қолдана отырып, жолақтар мен аралықтарды цикл/мм бірліктерінде тікелей белгілейтін, бірақ стандартталмаған орналасу кестесін пайдалану арқылы бас тартуға болады.
NBS 1952 мақсаты
NBS 1952 нысаны 3 жолақты үлгі (ұзын жолақтар). Кеңістіктік жиілік әрбір үштік жолақ жиынтығының қасына басылады, сондықтан шекті ажыратымдылықты көзбен тексеру арқылы анықтауға болады. Бұл жиілік әдетте, сызбаның мөлшері кішірейтілгеннен кейін ғана көрсетіледі (әдетте 25 есе). Бастапқы қолданылуында сызбаны бейнелеу линзасының фокус арақашықтығынан 26 есе қашықтықта орналастыру талап етілген. Жоғарыдағы және сол жақтағы жолақтар квадрат түбірінің шамамен екі еселенгенімен (12, 17, 24, т.б.) бөлінген, ал төмендегі және сол жақтағы жолақтар бірдей аралықта, бірақ басқа бастапқы нүктеге ие (14, 20, 28, т.б.).
EIA 1956 бейнерезолюциялы мақсат
EIA 1956 ажыратымдылық диаграммасы теледидар жүйелерімен қолдану үшін арнайы жасалған. Ортаға қарай біртіндеп кеңейе түсетін сызықтар, сәйкес келетін кеңістіктік жиіліктің периодтық көрсеткіштерімен белгіленген. Ажыратымдылық шегі көзбен қарау арқылы анықталуы мүмкін. Ең маңызды өлшем – ажыратымдылықтың көлденең шегі, себебі тік ажыратымдылық әдетте қолданылатын бейне стандартымен (I/B/G/K/NTSC/NTSC J) анықталады.
IEEE Std 208-1995 мақсаты
IEEE 208 1995 жылғы ажыратымдылық нысаны EIA нысанына ұқсас. Ажыратымдылық көлденең және тік телевизиялық жолдармен өлшенеді.
ISO 12233 мақсатты
ISO 12233 нысаны цифрлық камераларға арналған, себебі қазіргі заманғы цифрлық камералардың кеңістіктік ажыратымдылығы ескі нысандардың шектеулерінен асып түсуі мүмкін. Ол Фурье түрлендіруі арқылы MTF есептеу үшін бірнеше пышақ жиекті нысандарды қамтиды. Жиектердің әртүрлі фазаларда сынақтан өтуі үшін олар тік сызықтан 5 градусқа ығыстырылған, бұл сынақ жиілігінің Найквист жиілігінен жоғары кеңістіктік жиілік жауабын бағалауға мүмкіндік береді.
Кездейсоқ сынақ үлгілері
Бұл идея акустикада жүйелік жиілік жауабын анықтау үшін ақ шу үлгісін қолдануға ұқсас.
Монотонды түрде өсіп келе жатқан синусоидты үлгілер
Фильмнің ажыратымдылығын өлшеу үшін қолданылатын интерферограмма жеке компьютерлерде жасалуы мүмкін және оптикалық ажыратымдылықты өлшеуге арналған үлгіні жасау үшін қолданылуы мүмкін. Әсіресе Kodak MTF қисықтарына назар аударыңыз.
Көп жарылыс
Көп импульстік сигнал – аналогтық тарату, жазу және көрсету жүйелерін сынауға қолданылатын электрондық толқын. Сынақ үлгісі белгілі бір жиіліктердің бірнеше қысқа кезеңдерінен тұрады. Әрқайсысының контрастын көзбен тексеру арқылы өлшеуге және жазуға болады, нәтижесінде жиілікке қарсы сигналдың әлсіреуінің графигі алынады. NTSC3.58 көп импульстік үлгісі 500 кГц, 1 МГц, 2 МГц, 3 МГц және 3.58 МГц жиіліктік блоктардан тұрады. 3.58 МГц маңызды, себебі ол NTSC бейнесі үшін түстік жиілік болып табылады.
Талқылау
Бар мақсатты пайдалану нәтижесінде алынған өлшем контрасттық ауысу функциясы (CTF) болып табылады, MTF емес. Бұл айырмашылық квадрат толқындардың субгармоникаларынан туындайды және оны оңай есептеуге болады.