关于探测器像元间距与光波长以及奈奎斯特频率之间关系（CMOS分辨率上限问题）

 
主要思路引述微信公众号--玩机小胖
　　总结一下，由于光的波动性原理，成像像差，信号采样频率限制等问题，CMOS分辨率有上限。由于光的波动性原理，点光源在最后聚焦会形成艾里斑，由中心亮斑和一组照度快速下降的同心圆环组成的斑点。像差也会产生同心圆。当CMOS的
　　一个有限孔径的光学系统产生的艾里斑衍射图就确定了这套装置的极限分辨率、以最大光谱分辨率决定像元的最小大小。
　　首先是传感器大小的限制，两个艾里斑中心亮斑峰值的距离 ，是光点能够被分辨的最小距离，当两个各自中心亮斑的距离下降到0.5波长/NA（数值孔径）时，两者就无法分辨，两个点光源在像面（CMOS面）成像将会重合在一起，不具有分辨的可能。通过峰值距离Z（即两个CMOS上的像元间距，也可以理解为单个像素大小）大于极限距离1.22*波长，这个光信号就可以被区分开。
　　然后时传感器像素密度问题，通过数字信号对模拟信号进行采样，需要严格遵守奈奎斯特频率，这就意味着CMOS上的最小像元是可以分辨对应波长光信号（大于1.22*波长），同时像素间距和密度大于被采样的光谱信号的频率。结论如下。
对于波长为520nm的光来说，NA为1.4， 对应 艾里斑直径为1.78um，所以对应的像元大小范围是 
 像元大小<1.78/2(奈奎斯特判据所支持的最大像元大小)         0.89 um 有像元的最大上限，没有下限，越小分辨率越清晰，但是对应的信噪比和对比度下降。
 
已知像元大小计算可以观测到的光谱范围参考此篇文章。

 

 

 

 

 
 
 
 
posted @ 2023-02-23 11:04  Frideo2022  阅读(1995)  评论(0)    收藏  举报