[Rozmiar piksela] Jedna z ważniejszych specyfikacji aparatu, którą należy zoptymalizować pod kątem obrazowania

Rozmiar piksela w kamerze odnosi się do fizycznej szerokości i wysokości jednostki piksela na matrycy kamery, zazwyczaj mierzonej w mikrometrach (μm). Jest to jedna z ważniejszych specyfikacji kamery, którą należy zoptymalizować pod kątem aplikacji do obrazowania, ponieważ wpływa ona zarówno na czułość kamery, jak i jej zdolność do rejestrowania drobnych szczegółów.

Chociaż rozmiar piksela matrycy ma istotne znaczenie, to w rzeczywistości rozmiar piksela obrazu wynikowego decyduje o wielu właściwościach obrazowania aparatu po zastosowaniu powiększenia układu optycznego. Rozmiar piksela obrazu jest ilorazem rozmiaru piksela matrycy i całkowitego powiększenia układu. Istnieje zatem znacząca różnica między układami optycznymi o stałej płaszczyźnie ogniskowej, takimi jak obiektywy mikroskopowe, a układami z regulacją ostrości, takimi jak konwencjonalne obiektywy fotograficzne. W tym drugim przypadku powiększenie, a tym samym efektywny rozmiar piksela obrazu, można zmienić, zbliżając się lub oddalając od obiektu obrazowania lub używając obiektywów zmiennoogniskowych w celu zmiany powiększenia.

W systemach optycznych wykorzystujących obiektywy mikroskopowe o stałej płaszczyźnie ogniskowej lub w systemach opartych na soczewkach, w których zarówno poziom powiększenia, jak i odległość od obiektu są stałe, większe piksele mogą zbierać więcej światła, zapewniając większą czułość. Analogicznie, gdybyś chciał zebrać deszczówkę, wiadro byłoby skuteczniejsze niż kubek. Powierzchnia piksela jest ważnym czynnikiem, co oznacza, że ​​porównując aparaty fotograficzne, piksel dwukrotnie większy w osiach X i Y ma czterokrotnie większą powierzchnię, a zatem będzie narażony na czterokrotnie większą liczbę fotonów. W warunkach słabego oświetlenia, zwiększenie rozmiaru piksela może przynieść ogromne korzyści w zakresie czułości, skracając wymagany czas ekspozycji lub poziom oświetlenia.

W tych stałych układach optycznych wadą dużych pikseli może być rozdzielczość drobnych szczegółów obrazu. Im większy piksel, tym większy stopień „pikseliacji” obrazu. Jeśli piksel na obrazie ma 1 μm szerokości, nie będzie w stanie wyświetlić szczegółów mniejszych niż około 2 μm bez rozmycia sąsiednich elementów w jedną całość.

Rozmiar piksela aparatu nie jest jednak jedynym czynnikiem ograniczającym rozdzielczość drobnych szczegółów. Układ optyczny również ma limit określający, jak małe mogą być detale, zanim ulegną rozmyciu. Każdy układ optyczny ma wówczas odpowiadający mu minimalny rozmiar piksela, poniżej którego widoczny będzie niewielki lub żaden wzrost rozdzielczości szczegółów, ale nadal będzie on wiązał się z obniżeniem czułości. W przypadku systemów opartych na obiektywach mikroskopowych limit ten jest określany przede wszystkim przez aperturę numeryczną (NA) obiektywu.

Kamera o rozmiarze piksela 6,5 ​​μm jest idealnie dopasowana do obiektywów mikroskopowych o wysokiej aperturze numerycznej 60x. Kamery o rozmiarze piksela 10 lub 11 μm są dopasowane do obiektywów o wysokiej aperturze numerycznej 100x. W każdym przypadku większe piksele mogą zapewnić większą czułość, ale mniejsze piksele nie zapewnią lepszej rozdzielczości obrazu.