الدقة البصرية

This article: "Optical resolution" needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources in this article: "Optical resolution". Unsourced material may be challenged and removed. Find sources: "Optical resolution" – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (November 2009) (Learn how and when to remove this message)

تصف الدقة البصرية قدرة نظام التصوير على تحديد التفاصيل في الكائن الذي يتم تصويره. قد يحتوي نظام التصوير على العديد من المكونات الفردية، بما في ذلك عدسة واحدة أو أكثر، و/أو مكونات التسجيل والعرض. يساهم كل من هذه المكونات (مع التصميم المناسب والمحاذاة الكافية) في الدقة البصرية للنظام؛ وغالبًا ما تكون البيئة التي يتم فيها التصوير عاملًا مهمًا آخر.

تعتمد الدقة على المسافة بين نقطتين إشعاعيتين يمكن تمييزهما. تصف الأقسام أدناه التقديرات النظرية للدقة، ولكن القيم الحقيقية قد تختلف. تستند النتائج أدناه إلى النماذج الرياضية لأقراص Airy ، والتي تفترض مستوى مناسبًا من التباين. في الأنظمة ذات التباين المنخفض، قد تكون الدقة أقل بكثير مما تنبأت به النظرية الموضحة أدناه. الأنظمة البصرية الحقيقية معقدة، وغالبًا ما تؤدي الصعوبات العملية إلى زيادة المسافة بين مصادر النقاط المميزة.

يعتمد حل النظام على الحد الأدنى للمسافة التي يمكن عندها تمييز النقاط كأفراد. تُستخدم عدة معايير لتحديد ما إذا كان يمكن تمييز النقاط كميًا أم لا. تحدد إحدى الطرق أنه على الخط الفاصل بين مركز نقطة وأخرى، يجب أن يكون التباين بين الحد الأقصى والحد الأدنى للشدة أقل بنسبة 26٪ على الأقل من الحد الأقصى. يتوافق هذا مع تداخل قرص Airy واحد على الحلقة الداكنة الأولى في الأخرى. يُعرف هذا المعيار للفصل أيضًا باسم معيار رايلي . في الرموز، يتم تعريف المسافة على النحو التالي: ^[1]${\displaystyle r}$

$${\displaystyle r={\frac {1.22\lambda }{2n\sin {\theta }}}={\frac {0.61\lambda }{\mathrm {NA} }}}$$ أين

• ${\displaystyle r}$هي المسافة الدنيا بين النقاط القابلة للحل، بنفس الوحدات المحددة${\displaystyle \lambda }$
• ${\displaystyle \lambda }$هو طول موجة الضوء، وطول موجة الانبعاث، في حالة الفلورسنت،
• ${\displaystyle n}$هو معامل انكسار الوسائط المحيطة بالنقط المشعة،
• ${\displaystyle \theta }$هي نصف زاوية قلم الضوء الذي يدخل العدسة، و
• ${\displaystyle \mathrm {NA} }$هي الفتحة الرقمية

هذه الصيغة مناسبة للمجهر البؤري، ولكنها تستخدم أيضًا في المجهر التقليدي. في المجاهر الممسوح ضوئيًا بالليزر البؤري ، غالبًا ما يتم استخدام نصف الحد الأقصى للعرض الكامل (FWHM) لدالة انتشار النقطة لتجنب صعوبة قياس قرص إيري. ^[1] يؤدي هذا، جنبًا إلى جنب مع نمط الإضاءة المنقطة، إلى دقة أفضل، لكنها لا تزال متناسبة مع الصيغة القائمة على رايلي المذكورة أعلاه. $${\displaystyle r={\frac {0.4\lambda }{\mathrm {NA} }}}$$

كما يوجد في أدبيات المجهر صيغة للدقة تعالج المخاوف المذكورة أعلاه بشأن التباين بشكل مختلف. ^[2] الدقة المتوقعة بهذه الصيغة تتناسب مع الصيغة القائمة على رايلي، وتختلف بنحو 20%. لتقدير الدقة النظرية، قد تكون كافية. $${\displaystyle r={\frac {\lambda }{2n\sin {\theta }}}={\frac {\lambda }{2\mathrm {NA} }}}$$

عند استخدام مكثف لإضاءة العينة، يجب أيضًا تضمين شكل قلم الضوء المنبعث من المكثف. ^[3] $${\displaystyle r={\frac {1.22\lambda }{\mathrm {NA} _{\text{obj}}+\mathrm {NA} _{\text{cond}}}}}$$

في المجهر الذي تم تكوينه بشكل صحيح، . ${\displaystyle \mathrm {NA} _{\text{obj}}+\mathrm {NA} _{\text{cond}}=2\mathrm {NA} _{\text{obj}}}$

إن تقديرات الدقة المذكورة أعلاه خاصة بالحالة التي تشع فيها عينتان متطابقتان صغيرتان للغاية بشكل غير متماسك في جميع الاتجاهات. ولابد من أخذ اعتبارات أخرى في الاعتبار إذا كانت المصادر تشع بمستويات مختلفة من الكثافة، أو كانت متماسكة، أو كبيرة، أو تشع بأنماط غير موحدة.

عادة ما يتم تحديد قدرة العدسة على حل التفاصيل من خلال جودة العدسة، ولكنها محدودة في النهاية بالحيود . الضوء القادم من مصدر نقطة في الجسم ينحرف عبر فتحة العدسة بحيث يشكل نمط حيود في الصورة، والذي يحتوي على بقعة مركزية وحلقات ساطعة محيطة، مفصولة بنقاط داكنة؛ يُعرف هذا النمط باسم نمط Airy ، والفص المركزي الساطع باسم قرص Airy . نصف القطر الزاوي لقرص Airy (يقاس من المركز إلى النقطة الصفرية الأولى) يُعطى بواسطة: حيث $${\displaystyle \theta =1.22{\frac {\lambda }{D}}}$$

• θ هي الدقة الزاوية بالراديان،
• λ هو طول موجة الضوء بالمتر،
• و D هو قطر فتحة العدسة بالمتر.

يؤدي وجود نقطتين متجاورتين في الجسم إلى ظهور نمطين للحيود. إذا كان الفصل الزاوي بين النقطتين أقل بشكل ملحوظ من نصف القطر الزاوي لقرص إيري، فلا يمكن حل النقطتين في الصورة، ولكن إذا كان الفصل الزاوي بينهما أكبر بكثير من ذلك، تتشكل صور مميزة للنقطتين وبالتالي يمكن حلهما. حدد رايلي " معيار رايلي " التعسفي إلى حد ما والذي ينص على أن النقطتين اللتين يكون الفصل الزاوي بينهما مساويًا لنصف قطر قرص إيري حتى الصفر الأول يمكن اعتبارهما محسومتين. يمكن ملاحظة أنه كلما زاد قطر العدسة أو فتحتها، زادت الدقة. تحتوي التلسكوبات الفلكية على عدسات كبيرة بشكل متزايد حتى تتمكن من "رؤية" تفاصيل أدق في النجوم.

ومع ذلك، فإن العدسات ذات الجودة الأعلى فقط هي التي تتمتع بدقة محدودة بالانعراج، وعادةً ما تحد جودة العدسة من قدرتها على حل التفاصيل. ويتم التعبير عن هذه القدرة من خلال دالة النقل الضوئي التي تصف التباين المكاني (الزاوي) لإشارة الضوء كدالة للتردد المكاني (الزاوي). فعندما يتم عرض الصورة على مستوى مسطح، مثل الفيلم الفوتوغرافي أو كاشف الحالة الصلبة، يكون التردد المكاني هو المجال المفضل، ولكن عندما تتم إحالة الصورة إلى العدسة وحدها، يكون التردد الزاوي هو المفضل. ويمكن تقسيم دالة النقل الضوئي إلى مكونات المقدار والطور على النحو التالي: حيث $${\displaystyle \mathbf {OTF(\xi ,\eta )} =\mathbf {MTF(\xi ,\eta )} \cdot \mathbf {PTF(\xi ,\eta )} }$$

• ${\displaystyle \mathbf {MTF(\xi ,\eta )} =|\mathbf {OTF(\xi ,\eta )} |}$
• ${\displaystyle \mathbf {PTF(\xi ,\eta )} =e^{-i2\cdot \pi \cdot \lambda (\xi ,\eta )}}$
• وهما التردد المكاني في المستويين x وy على التوالي.${\displaystyle (\xi ,\eta )}$

يأخذ OTF في الاعتبار الانحراف ، وهو ما لا يتناوله تعبير التردد المحدد أعلاه. يُعرف المقدار باسم دالة نقل التعديل (MTF) ويُعرف جزء الطور باسم دالة نقل الطور (PTF) .

في أنظمة التصوير، لا يتم التقاط مكون الطور عادةً بواسطة المستشعر. وبالتالي، فإن المقياس المهم فيما يتعلق بأنظمة التصوير هو MTF.

تعتبر المرحلة ذات أهمية كبيرة بالنسبة للبصريات التكيفية والأنظمة المجسمة.

تم تصميم بعض المستشعرات البصرية للكشف عن الاختلافات المكانية في الطاقة الكهرومغناطيسية . وتشمل هذه الأفلام الفوتوغرافية ، وأجهزة الحالة الصلبة ( أجهزة استشعار CCD وCMOS وأجهزة الكشف عن الأشعة تحت الحمراء مثل PtSi و InSb )، وأجهزة الكشف الأنبوبية ( vidicon و plumbicon وأنابيب مضاعفة الصور المستخدمة في أجهزة الرؤية الليلية)، وأجهزة الكشف بالمسح (تستخدم بشكل أساسي للأشعة تحت الحمراء)، وأجهزة الكشف الكهروضوئية ، وأجهزة الكشف عن البولومتر الدقيق . تعتمد قدرة مثل هذا الكاشف على حل هذه الاختلافات في الغالب على حجم عناصر الكشف.

يتم التعبير عن الدقة المكانية عادةً بأزواج الخطوط لكل مليمتر (lppmm)، أو الخطوط (الدقة، غالبًا للفيديو التناظري)، أو التباين مقابل الدورات/مم، أو MTF ( معامل OTF). يمكن العثور على MTF من خلال أخذ تحويل فورييه ثنائي الأبعاد لدالة أخذ العينات المكانية. تؤدي وحدات البكسل الأصغر إلى منحنيات MTF أوسع وبالتالي اكتشاف أفضل للطاقة ذات التردد الأعلى.

وهذا يشبه أخذ تحويل فورييه لدالة أخذ العينات للإشارة ؛ حيث في هذه الحالة يكون العامل المهيمن هو فترة أخذ العينات، وهو ما يشبه حجم عنصر الصورة ( بكسل ).

تشمل العوامل الأخرى ضوضاء البكسل، والتداخل بين البكسل، واختراق الركيزة، وعامل التعبئة.

إن استخدام عدد البكسلات على الكاشف لوصف الدقة من المشاكل الشائعة بين غير الفنيين. فإذا كانت جميع المستشعرات بنفس الحجم، فإن هذا سيكون مقبولاً. وبما أن الأمر ليس كذلك، فإن استخدام عدد البكسلات قد يكون مضللاً. على سبيل المثال، فإن كاميرا بدقة 2 ميجا بكسل وبكسلات تبلغ مساحتها 20 ميكرومترًا مربعًا ستكون دقتها أسوأ من كاميرا بدقة 1 ميجا بكسل وبكسلات تبلغ مساحتها 8 ميكرومترًا مربعًا، مع تساوي كل شيء آخر.

بالنسبة لقياس الدقة، ينشر مصنعو الأفلام عادةً رسمًا بيانيًا للاستجابة (%) مقابل التردد المكاني (دورات لكل مليمتر). يتم استخلاص الرسم البياني تجريبيًا. ينشر مصنعو أجهزة الاستشعار والكاميرات ذات الحالة الصلبة عادةً مواصفات يمكن للمستخدم من خلالها استخلاص MTF نظريًا وفقًا للإجراء الموضح أدناه. قد ينشر القليل أيضًا منحنيات MTF، بينما ينشر آخرون (خاصة مصنعو المكثفات) الاستجابة (%) عند تردد نيكويست ، أو بدلاً من ذلك، ينشرون التردد الذي تكون فيه الاستجابة 50%.

لإيجاد منحنى MTF نظري لمستشعر، من الضروري معرفة ثلاث خصائص للمستشعر: منطقة الاستشعار النشطة، والمنطقة التي تضم منطقة الاستشعار وهياكل التوصيل والدعم ("العقارات")، والعدد الإجمالي لتلك المناطق (عدد البكسل). يتم إعطاء العدد الإجمالي للبكسل دائمًا تقريبًا. في بعض الأحيان يتم إعطاء أبعاد المستشعر الكلية، والتي يمكن من خلالها حساب مساحة العقار. سواء تم إعطاء مساحة العقار أو اشتقاقها، إذا لم يتم إعطاء مساحة البكسل النشطة، فيمكن اشتقاقها من مساحة العقار وعامل التعبئة ، حيث عامل التعبئة هو نسبة المساحة النشطة إلى مساحة العقار المخصصة. حيث $${\displaystyle \mathrm {FF} ={\frac {a\cdot b}{c\cdot d}}}$$

• المساحة النشطة للبكسل لها أبعاد a × b
• تبلغ أبعاد العقار البكسلي c × d

في تدوين جاسكيل، تكون منطقة الاستشعار دالة مشطية ثنائية الأبعاد ( x ، y ) للمسافة بين وحدات البكسل ( الخطوة )، ملتفة مع دالة مستطيلة ثنائية الأبعاد ( x ، y ) للمنطقة النشطة لوحدة البكسل، محدودة بدالة مستطيلة ثنائية الأبعاد ( x ، y ) للبعد الكلي للمستشعر. تحويل فورييه لهذا هو دالة تحكمها المسافة بين وحدات البكسل، ملتفة مع دالة تحكمها عدد وحدات البكسل، مضروبة في الدالة المقابلة للمنطقة النشطة. تعمل هذه الدالة الأخيرة كغلاف كلي لدالة MTF؛ طالما أن عدد وحدات البكسل أكبر بكثير من واحد، فإن حجم المنطقة النشطة يهيمن على MTF. ${\displaystyle \operatorname {comb} (\xi ,\eta )}$${\displaystyle \operatorname {sinc} (\xi ,\eta )}$${\displaystyle \operatorname {sinc} (\xi ,\eta )}$

وظيفة أخذ العينات:

$${\displaystyle \mathbf {S} (x,y)=\left[\operatorname {comb} \left({\frac {x}{c}},{\frac {y}{d}}\right)*\operatorname {rect} \left({\frac {x}{a}},{\frac {y}{b}}\right)\right]\cdot \operatorname {rect} \left({\frac {x}{M\cdot c}},{\frac {y}{N\cdot d}}\right)}$$

حيث يحتوي المستشعر على M × N بكسل $${\displaystyle {\begin{aligned}\mathbf {MTF_{sensor}} (\xi ,\eta )&={\mathcal {FF}}(\mathbf {S} (x,y))\\&=[\operatorname {sinc} ((M\cdot c)\cdot \xi ,(N\cdot d)\cdot \eta )*\operatorname {comb} (c\cdot \xi ,d\cdot \eta )]\cdot \operatorname {sinc} (a\cdot \xi ,b\cdot \eta )\end{aligned}}}$$

إن نظام التصوير الذي يعمل بمعدل 24 إطارًا في الثانية هو في الأساس نظام أخذ عينات منفصل يأخذ عينات من منطقة ثنائية الأبعاد. وتنطبق نفس القيود التي وصفها نيكويست على هذا النظام كما تنطبق على أي نظام أخذ عينات إشارات.

تتميز جميع المستشعرات باستجابة زمنية مميزة. ويقتصر الفيلم على الدقة القصيرة والدقة الطويلة من خلال الانهيار المتبادل . وعادة ما يتم اعتبار هذه الدقة أطول من ثانية واحدة وأقل من 1/10000 ثانية. وعلاوة على ذلك، يتطلب الفيلم نظامًا ميكانيكيًا لتحريكه عبر آلية التعريض، أو نظامًا بصريًا متحركًا لتعريضه. ويحد هذا من السرعة التي يمكن بها تعريض الإطارات المتتالية.

تعد CCD وCMOS من التقنيات الحديثة المفضلة لأجهزة استشعار الفيديو. وتقتصر سرعة CCD على المعدل الذي يمكن به نقل الشحنة من موقع إلى آخر. وتتميز تقنية CMOS بوجود خلايا يمكن معالجتها بشكل فردي، وقد أدى هذا إلى تفوقها في صناعة التصوير الفوتوغرافي عالي السرعة .

تتمتع أجهزة Vidicons وPlumbicons ومكثفات الصور بتطبيقات محددة. وتعتمد السرعة التي يمكن بها أخذ العينات على معدل تحلل الفوسفور المستخدم . على سبيل المثال، يبلغ وقت تحلل الفوسفور P46 أقل من 2 ميكروثانية، بينما يبلغ وقت تحلل الفوسفور P43 حوالي 2-3 ميلي ثانية. وبالتالي، لا يمكن استخدام الفوسفور P43 بمعدلات إطارات أعلى من 1000 إطار في الثانية (إطار/ثانية). راجع § الروابط الخارجية للحصول على روابط لمعلومات الفوسفور.

تستجيب أجهزة الكشف الكهروحرارية للتغيرات في درجات الحرارة. لذلك، لن يتم اكتشاف مشهد ثابت، لذا فهي تتطلب مفرمات . كما أن لديها وقت اضمحلال، لذا فإن الاستجابة الزمنية للنظام الكهروحراري ستكون نطاق تمرير، في حين أن أجهزة الكشف الأخرى التي تمت مناقشتها ستكون نطاق تمرير منخفض.

إذا كانت الأشياء داخل المشهد متحركة بالنسبة لنظام التصوير، فإن ضبابية الحركة الناتجة ستؤدي إلى انخفاض الدقة المكانية. ستعمل أوقات التكامل القصيرة على تقليل الضبابية، لكن أوقات التكامل محدودة بحساسية المستشعر. علاوة على ذلك، فإن الحركة بين الإطارات في الصور المتحركة ستؤثر على مخططات ضغط الأفلام الرقمية (مثل MPEG-1 وMPEG-2). أخيرًا، هناك مخططات أخذ عينات تتطلب حركة حقيقية أو ظاهرة داخل الكاميرا (مرايا المسح، مصاريع الدوران) والتي قد تؤدي إلى عرض غير صحيح لحركة الصورة. لذلك، فإن حساسية المستشعر والعوامل الأخرى المرتبطة بالوقت سيكون لها تأثير مباشر على الدقة المكانية.

الدقة المكانية للأنظمة الرقمية (مثل HDTV و VGA ) ثابتة بشكل مستقل عن النطاق الترددي التناظري لأن كل بكسل يتم رقمنته ونقله وتخزينه كقيمة منفصلة. يجب تحديد الكاميرات الرقمية وأجهزة التسجيل والشاشات بحيث تكون الدقة متطابقة من الكاميرا إلى الشاشة. ومع ذلك، في الأنظمة التناظرية، قد تكون دقة الكاميرا وجهاز التسجيل والكابلات والمضخمات وأجهزة الإرسال وأجهزة الاستقبال والشاشة مستقلة، ويتم التحكم في دقة النظام الإجمالية من خلال النطاق الترددي لأدنى مكون أداءً.

في الأنظمة التناظرية، يتم إرسال كل خط أفقي كإشارة تناظرية عالية التردد. وبالتالي يتم تحويل كل عنصر صورة (بكسل) إلى قيمة كهربائية تناظرية (فولتية)، وبالتالي تصبح التغييرات في القيم بين البكسلات تغييرات في الفولتية. تتطلب معايير الإرسال أن يتم أخذ العينات في وقت ثابت (موضح أدناه)، وبالتالي يصبح المزيد من البكسلات لكل خط متطلبًا لمزيد من تغييرات الفولتية لكل وحدة زمنية، أي تردد أعلى. نظرًا لأن مثل هذه الإشارات محدودة النطاق عادةً بالكابلات والمضخمات والمسجلات وأجهزة الإرسال وأجهزة الاستقبال، فإن الحد من النطاق على الإشارة التناظرية يعمل كمرشح تمرير منخفض فعال على الدقة المكانية. يتم تفسير الفرق في الدقة بين VHS (240 خطًا يمكن تمييزه لكل خط مسح) و Betamax (280 خطًا) وتنسيق ED Beta الأحدث (500 خط) في المقام الأول من خلال الفرق في عرض النطاق الترددي للتسجيل.

في معيار الإرسال NTSC ، يحتوي كل حقل على 262.5 خطًا، ويتم إرسال 59.94 حقلاً كل ثانية. لذلك يجب أن يستغرق كل خط 63 ميكروثانية، منها 10.7 ثانية لإعادة التعيين إلى الخط التالي. وبالتالي، فإن معدل التتبع هو 15.734 كيلوهرتز. لكي تظهر الصورة وكأنها تتمتع بنفس الدقة الأفقية والرأسية تقريبًا (انظر عامل كيل )، يجب أن تكون قادرة على عرض 228 دورة لكل خط، مما يتطلب عرض نطاق ترددي يبلغ 4.28 ميجاهرتز. إذا كان عرض الخط (المستشعر) معروفًا، فيمكن تحويله مباشرة إلى دورات لكل مليمتر، وحدة الدقة المكانية.

تنقل إشارات نظام التلفزيون B/G/I/K (التي تستخدم عادةً مع ترميز الألوان PAL ) الإطارات بشكل أقل (50 هرتز)، ولكن الإطار يحتوي على المزيد من الخطوط وهو أوسع، وبالتالي تكون متطلبات النطاق الترددي متشابهة.

لاحظ أن "الخط المميز" يشكل نصف دورة (تتطلب الدورة خطًا داكنًا وخطًا فاتحًا)، وبالتالي فإن "228 دورة" و"456 خطًا" هي مقاييس متكافئة.

هناك طريقتان لتحديد "دقة النظام" (بمعنى استبعاد العين، أو أي استقبال نهائي آخر للمعلومات البصرية). الطريقة الأولى هي إجراء سلسلة من الالتفافات ثنائية الأبعاد ، أولاً باستخدام الصورة والعدسة، ثم باستخدام نتيجة هذا الإجراء ومستشعر (وهكذا عبر جميع مكونات النظام). لا يتطلب هذا الأمر تكاليف حسابية فحسب، بل يتطلب أيضًا تكرار العملية، لكل كائن إضافي يتم تصويره. $${\displaystyle {\begin{aligned}\mathbf {Image(x,y)} ={}&\mathbf {Object(x,y)*PSF_{atmosphere}(x,y)*} \\&\mathbf {PSF_{lens}(x,y)*PSF_{sensor}(x,y)*} \\&\mathbf {PSF_{transmission}(x,y)*PSF_{display}(x,y)} \end{aligned}}}$$

الطريقة الأخرى هي تحويل كل مكون من مكونات النظام إلى مجال التردد المكاني، ثم ضرب النتائج ثنائية الأبعاد. يمكن تحديد استجابة النظام دون الرجوع إلى كائن. على الرغم من أن هذه الطريقة أصعب بكثير في الفهم من الناحية المفاهيمية، إلا أنها تصبح أسهل في الاستخدام حسابيًا، خاصة عندما يتم اختبار تكرارات التصميم المختلفة أو الكائنات المصورة.

التحويل الذي يجب استخدامه هو تحويل فورييه. $${\displaystyle {\begin{aligned}\mathbf {MTF_{sys}(\xi ,\eta )} ={}&\mathbf {MTF_{atmosphere}(\xi ,\eta )\cdot MTF_{lens}(\xi ,\eta )\cdot } \\&\mathbf {MTF_{sensor}(\xi ,\eta )\cdot MTF_{transmission}(\xi ,\eta )\cdot } \\&\mathbf {MTF_{display}(\xi ,\eta )} \end{aligned}}}$$

تعتبر العين البشرية سمة محدودة للعديد من الأنظمة، عندما يكون هدف النظام هو تقديم البيانات إلى البشر للمعالجة.

على سبيل المثال، في وظيفة الأمن أو مراقبة الحركة الجوية، يجب تصميم الشاشة ومحطة العمل بحيث يتمكن البشر العاديون من اكتشاف المشكلات وتوجيه التدابير التصحيحية. ومن الأمثلة الأخرى عندما يستخدم الإنسان عينيه لأداء مهمة بالغة الأهمية مثل الطيران (القيادة بالاستعانة بالمرجع البصري)، أو قيادة مركبة، وما إلى ذلك.

أفضل حدة بصرية للعين البشرية في مركزها البصري (الحفرة) تكون أقل من دقيقة قوسية واحدة لكل زوج من الخطوط، وتنخفض بسرعة بعيدًا عن الحفرة.

إن الدماغ البشري يحتاج إلى أكثر من مجرد زوج من الخطوط لفهم ما تتخيله العين. تحدد معايير جونسون عدد أزواج الخطوط من الدقة البصرية، أو دقة المستشعر، اللازمة للتعرف على عنصر ما أو تحديد هويته.

قد تكون الأنظمة التي تنظر عبر مسارات جوية طويلة محدودة بسبب الاضطرابات الجوية . يعد قطر الرؤية ، المعروف أيضًا باسم قطر رؤية فريد ، مقياسًا رئيسيًا لجودة الاضطرابات الجوية . يُعرف المسار المتماسك زمنيًا باسم رقعة متساوية الارتفاع .

قد تعاني الفتحات الكبيرة من مشكلة متوسط ​​الفتحة ، نتيجة دمج عدة مسارات في صورة واحدة.

تتناسب الاضطرابات مع الطول الموجي بقوة 6/5 تقريبًا. وبالتالي، تكون الرؤية أفضل عند الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء مقارنة بالأطوال الموجية المرئية.

تتعرض التعريضات القصيرة لاضطرابات أقل من التعريضات الأطول بسبب الاضطراب على المستوى "الداخلي" و"الخارجي"؛ ويعتبر الاضطراب على المستوى القصير أقل بكثير من 10 مللي ثانية للتصوير المرئي (عادةً، أي شيء أقل من 2 مللي ثانية). ينشأ الاضطراب على المستوى الداخلي بسبب الدوامات في التدفق المضطرب، بينما ينشأ الاضطراب على المستوى الخارجي من تدفق كتلة هوائية كبيرة. تتحرك هذه الكتل عادةً ببطء، وبالتالي يتم تقليلها عن طريق تقليل فترة التكامل.

يُقال عن النظام المحدود فقط بجودة البصريات أنه محدود بالحيود . ومع ذلك، نظرًا لأن الاضطرابات الجوية هي عادةً العامل المحدد للأنظمة المرئية التي تنظر عبر مسارات جوية طويلة، فإن معظم الأنظمة محدودة بالاضطرابات. يمكن إجراء التصحيحات باستخدام البصريات التكيفية أو تقنيات ما بعد المعالجة.

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

• ${\displaystyle \nu }$هو التردد المكاني
• ${\displaystyle \lambda }$هو الطول الموجي
• f هو البعد البؤري
• D هو قطر الفتحة
• ب هو ثابت (1 للانتشار في المجال البعيد)
• وهو قطر رؤية فريد${\displaystyle r_{0}}$

تتوفر مجموعة متنوعة من أنظمة القياس، وقد يعتمد الاستخدام على النظام الذي يتم اختباره.

تتكون مخططات الاختبار النموذجية لدالة نقل التباين (CTF) من أنماط أشرطة متكررة (انظر المناقشة أدناه). يتم قياس الدقة المحددة من خلال تحديد أصغر مجموعة من الأشرطة، رأسيًا وأفقيًا، والتي يمكن رؤية العدد الصحيح للأشرطة فيها. ومع ذلك، من خلال حساب التباين بين المناطق السوداء والبيضاء عند عدة ترددات مختلفة، يمكن تحديد نقاط دالة نقل التباين باستخدام معادلة التباين. حيث ${\displaystyle {\text{contrast}}={\frac {C_{\max }-C_{\min }}{C_{\max }+C_{\min }}}}$

• ${\displaystyle C_{\max }}$هي القيمة الطبيعية للحد الأقصى (على سبيل المثال، الجهد أو القيمة الرمادية للمنطقة البيضاء)
• ${\displaystyle C_{\min }}$هي القيمة الطبيعية للحد الأدنى (على سبيل المثال، الجهد أو القيمة الرمادية للمنطقة السوداء)

عندما لا يستطيع النظام حل الأشرطة، تكون للمناطق السوداء والبيضاء نفس القيمة، لذا فإن التباين = 0. عند الترددات المكانية المنخفضة للغاية، تكون C _max = 1 و C _min = 0، لذا فإن التعديل = 1. قد يُرى بعض التعديل فوق الدقة المحدودة؛ وقد يتم تسميتها وعكس طورها.

عند استخدام طرق أخرى، بما في ذلك مخطط التداخل، والجيب الجيب، والحافة في هدف ISO 12233، من الممكن حساب منحنى MTF بالكامل. تكون الاستجابة للحافة مماثلة لاستجابة الخطوة ، ويعطي تحويل فورييه للفرق الأول لاستجابة الخطوة MTF.

يمكن استخدام مخطط التداخل الذي يتم إنشاؤه بين مصدرين متماسكين للضوء لغرضين على الأقل يتعلقان بالدقة. الأول هو تحديد جودة نظام العدسات (انظر LUPI)، والثاني هو إسقاط نمط على مستشعر (خاصة الفيلم الفوتوغرافي) لقياس الدقة.

غالبًا ما يستخدم مخطط الاختبار بدقة 5 أشرطة لتقييم أنظمة الميكروفيلم والماسحات الضوئية. وهو مناسب لنطاق 1:1 (يغطي عادةً 1-18 دورة/مم) ويتم تمييزه مباشرةً بالدورات/مم. يمكن العثور على التفاصيل في ISO-3334.

يتكون هدف الاختبار بدقة 1951 للقوات الجوية الأمريكية من نمط من أهداف 3 أشرطة. غالبًا ما نجدها تغطي نطاقًا من 0.25 إلى 228 دورة / مم. تتكون كل مجموعة من ستة عناصر. يتم تحديد المجموعة برقم المجموعة (-2، -1، 0، 1، 2، إلخ) وهو القوة التي يجب رفع 2 إليها للحصول على التردد المكاني للعنصر الأول (على سبيل المثال، المجموعة -2 هي 0.25 زوجًا من الخطوط لكل مليمتر). كل عنصر هو الجذر السادس لـ 2 أصغر من العنصر السابق في المجموعة (على سبيل المثال، العنصر 1 هو 2 ^ 0، العنصر 2 هو 2 ^ (-1/6)، العنصر 3 هو 2 (-1/3)، إلخ). من خلال قراءة رقم المجموعة والعنصر للعنصر الأول الذي لا يمكن حله، يمكن تحديد الدقة المحدودة عن طريق الفحص. يمكن تجنب نظام الترقيم المعقد واستخدام مخطط البحث من خلال استخدام مخطط تخطيط محسّن ولكن غير موحد، والذي يقوم بتسمية الأشرطة والمسافات مباشرة بالدورات/المليمتر باستخدام خط OCR-A الموسع .

$${\displaystyle Resolution=2^{{group}+{\frac {element-1}{6}}}}$$

الهدف NBS 1952 عبارة عن نمط مكون من ثلاثة أشرطة (أشرطة طويلة). يتم طباعة التردد المكاني بجانب كل مجموعة أشرطة ثلاثية، وبالتالي يمكن تحديد الدقة المحددة عن طريق الفحص. عادةً ما يكون هذا التردد كما هو محدد فقط بعد تقليل حجم الرسم البياني (عادةً 25 مرة). دعا التطبيق الأصلي إلى وضع الرسم البياني على مسافة 26 ضعف البعد البؤري لعدسة التصوير المستخدمة. الأشرطة أعلاه وإلى اليسار متسلسلة، مفصولة تقريبًا بجذر تربيعي لاثنين (12، 17، 24، إلخ)، بينما الأشرطة أدناه وإلى اليسار لها نفس الفصل ولكن نقطة بداية مختلفة (14، 20، 28، إلخ).

تم تصميم مخطط الدقة EIA 1956 خصيصًا للاستخدام مع أنظمة التلفزيون. تتميز الخطوط المتوسعة تدريجيًا بالقرب من المركز بمؤشرات دورية للتردد المكاني المقابل. يمكن تحديد الدقة الحدية عن طريق الفحص. المقياس الأكثر أهمية هو الدقة الأفقية الحدية، حيث يتم تحديد الدقة الرأسية عادةً من خلال معيار الفيديو المعمول به (I/B/G/K/NTSC/NTSC-J).

إن هدف الدقة وفقًا لمعيار IEEE 208-1995 مماثل لهدف EIA. يتم قياس الدقة بخطوط التلفزيون الأفقية والرأسية.

تم تطوير هدف ISO 12233 لتطبيقات الكاميرات الرقمية، حيث أن الدقة المكانية للكاميرات الرقمية الحديثة قد تتجاوز حدود الأهداف القديمة. وهو يتضمن عدة أهداف ذات حافة حادة لغرض حساب MTF بواسطة تحويل فورييه . وهي مزاحة عن العمودي بمقدار 5 درجات بحيث يتم أخذ عينات من الحواف في العديد من المراحل المختلفة، مما يسمح بتقدير استجابة التردد المكاني بما يتجاوز تردد نيكويست للعينة.

الفكرة مماثلة لاستخدام نمط الضوضاء البيضاء في الصوتيات لتحديد استجابة تردد النظام.

يمكن تصنيع مخطط التداخل المستخدم لقياس دقة الفيلم على أجهزة الكمبيوتر الشخصية واستخدامه لإنشاء نمط لقياس الدقة البصرية. راجع بشكل خاص منحنيات Kodak MTF.

إشارة النبضات المتعددة هي شكل موجة إلكتروني يستخدم لاختبار أنظمة الإرسال والتسجيل والعرض التناظرية. يتكون نمط الاختبار من عدة فترات قصيرة من ترددات معينة. يمكن قياس تباين كل منها عن طريق الفحص وتسجيله، مما يعطي رسمًا بيانيًا للتوهين مقابل التردد. يتكون نمط النبضات المتعددة NTSC3.58 من كتل 500 كيلو هرتز و1 ميجا هرتز و2 ميجا هرتز و3 ميجا هرتز و3.58 ميجا هرتز. يعد 3.58 ميجا هرتز مهمًا لأنه تردد التلوين لفيديو NTSC.

باستخدام هدف شريطي، يكون القياس الناتج هو دالة نقل التباين (CTF) وليس MTF. ينشأ الاختلاف من التوافقيات الفرعية للموجات المربعة ويمكن حسابه بسهولة.

• الدقة الزاوية
• دقة العرض
• دقة الصورة في الحوسبة
• الحد الأدنى للتباين القابل للحل
• نجمة سيمنز ، نمط يستخدم لاختبار الدقة
• الدقة المكانية
• عدسة فائقة
• الدقة الفائقة

• جاسكيل، جاك د. (1978)، الأنظمة الخطية، تحويلات فورييه، والبصريات ، وايلي-إنترسانس. ISBN 0-471-29288-5 
• جودمان، جوزيف دبليو. (2004)، مقدمة في بصريات فورييه (الطبعة الثالثة) ، دار روبرتس آند كومباني للنشر. رقم ISBN 0-9747077-2-4 
• فريد، ديفيد ل. (1966)، "الدقة البصرية من خلال وسط غير متجانس عشوائيًا لفترات التعرض الطويلة جدًا والقصيرة جدًا"، مجلة البصريات الأمريكية 56: 1372-9
• روبن، مايكل، وبولين، مايكل (2000)، أساسيات التلفزيون الرقمي (الطبعة الثانية) ، ماكجرو هيل بروفيشنال. ISBN 0-07-135581-2 
• سميث، وارن ج. (2000)، الهندسة البصرية الحديثة (الطبعة الثالثة) ، ماكجرو هيل بروفيشنال. ISBN 0-07-136360-2 
• Accetta, JS وShumaker, DL (1993)، دليل أنظمة الأشعة تحت الحمراء والكهربائية الضوئية ، SPIE/ERIM. ISBN 0-8194-1072-1 
• روجيمان، مايكل وويلش، بايرون (1996)، التصوير من خلال الاضطرابات ، دار نشر سي آر سي. رقم ISBN 0-8493-3787-9 
• تاتارسكي، السادس (1961)، انتشار الموجات في وسط مضطرب ، ماكجرو هيل، نيويورك

• موقع Norman Koren الإلكتروني - يتضمن العديد من أنماط الاختبار القابلة للتنزيل
• محاضرات وملاحظات البروفيسور كلير ماكس من جامعة كاليفورنيا سانتا كروز من علم الفلك 289C، البصريات التكيفية
• إعادة إنشاء جورج أو لمخطط إدارة معلومات الطاقة لعام 1956 من مسح عالي الدقة
• هل تتفوق أجهزة الاستشعار على العدسات في الدقة؟ - حول تفاعل دقة العدسات وأجهزة الاستشعار