1007
правок
Изменения
Нет описания правки
Матрица какого размера будет оптимальной для применения в видеомикроскопе?
== Кроп-фактор матрицы==
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%80%D0%BE%D0%BF-%D1%84%D0%B0%D0%BA%D1%82%D0%BE%D1%80
На иллюстрации схема кроп-фактора. Круг - проецируемое объективом на плоскость изображение. Прямоугольники - матрицы разного размера для сравнения. При сборке видеомикроскопа в этой статье мы используем объективы разработанные чтобы проецировать изображение на кадр размерами 24×36 мм. Все матрицы меньшего размера относительно 24×36 мм кроп матрицы.
== Оптические искажения и размер матрицы. ==
См. https://ru.wikipedia.org/wiki/Аберрация_оптической_системы
== Обзор оптических аберраций и их расположение по зонам кадра ==
https://www.bhphotovideo.com/explora/photography/tips-and-solutions/optical-anomalies-and-lens-corrections-explained
"Nearly all lenses are sharpest at their centers, while quality degrades progressively toward to the edges. This means that a cropped sensor effectively discards the lowest quality portions of the image, which is quite useful when using low quality lenses (as these typically have the worst edge quality)."
https://www.cambridgeincolour.com/tutorials/digital-camera-sensor-size.htm
"On smaller sensor cameras this almost entirely goes away, even in this test, because they only use the middle of the image."
[[Файл:Обзор-оптических-аберраций.png|center]]
https://www.kenrockwell.com/canon/lenses/50mm-macro.htm
Матрица размер которой меньше полного кадра позволяет уменьшить влияние недостатков объектива на качество финального изображения т.к. оптические искажения вызванные проблемами объектива, как сообщают авторы в приведенных выше статьях, сосредоточены на границах кадра, который проецирует объектив.
== ГРИП и размер матрицы ==
Aвторы сообщают, что использование небольшой матрицы повышает резкость за счет увеличения ГРИП.
"Размер матрицы влияет на ГРИП косвенно. Чем больше размер матрицы, тем больше угол обзора и тем ближе нужно подойти к объекту съемки, а чем меньшая дистанция фокусировки, тем меньше ГРИП, и наоборот, чем большая дистанция фокусировки – тем больше ГРИП. Поэтому упрощенно чем меньше матрица, тем больше ГРИП."
https://radojuva.com/2012/11/hyperfocalnoe-dof-main/
"As sensor size increases, the depth of field will decrease for a given aperture (when filling the frame with a subject of the same size and distance). This is because larger sensors require one to get closer to their subject, or to use a longer focal length in order to fill the frame with that subject. This means that one has to use progressively smaller aperture sizes in order to maintain the same depth of field on larger sensors."
https://www.cambridgeincolour.com/tutorials/digital-camera-sensor-size.htm
Чтобы получить большую ГРИП для матрицы большего размера нужно сильнее уменьшать размер отверстия диафрагмы. Это приближает macro diffraction limit.
"Larger sensor sizes can use smaller apertures before the diffraction airy disk becomes larger than the circle of confusion (determined by print size and sharpness criteria)."
https://www.cambridgeincolour.com/tutorials/digital-camera-sensor-size.htm
С другой стороны, для матриц большего размера '''при равном количестве пикселей''' macro diffraction limit дальше, т.е. можно использовать меньшее отверстие диафрагмы, для получения оптимальной ГРИП.
"Contrary to first impressions, depth of field isn't inherently better with smaller camera sensors. While it's true that a smaller sensor will have a greater depth of field at the same f-stop, this isn't a fair comparison, because the larger sensor can get away with a higher f-stop before diffraction limits resolution. When both sensor sizes produce prints with the same diffraction-limited resolution, both sensor sizes have the same depth of field. The only inherent advantage is that the smaller sensor requires a shorter exposure time to achieve that depth of field."
https://www.cambridgeincolour.com/tutorials/macro-lenses.htm
Описанное выше актуально при использовании высококачественных объективов с малым количеством аберраций и специализированных макрообъективов, которые дают минимум искажений по всей площади кадра.
Вывод. При большом увеличении использование матрицы малого размера для макровидео достаточно оптимальное решение при небольшом бюджете.
Минус матрицы которая меньше кадра объектива в том, что меньше площадь рабочей зоны которая попадает в кадр, нет возможности сделать общий обзорный снимок.
Больше хардкорной теории: https://youtu.be/He6i7x9q2yw
Конкретно для этой конструкции используются следующие матрицы:
1. Матрица от action камеры eken h9 с размером 1/3", диагональ 5,64мм, физические размеры 4,8мм × 3,6мм, кроп-фактор 7,5, разрешение в режиме видео 1920 x 1080
[[Файл:Diffraction-limited-aperture-estimator-1.png|center]]
2. Матрица от камеры видеонаблюдения 1/3" ПЗС SONY 960H EXview HAD CCD II c размером 1/3", диагональ 5,64мм, физические размеры 4,8мм × 3,6мм, кроп-фактор 7,5, разрешение в режиме видео 720 х 576
[[Файл:Diffraction-limited-aperture-estimator-2.png|center]]
Онлайн калькулятор минимально возможной апертуры для заданных характеристик матрицы: размера и разрешения.
https://www.cambridgeincolour.com/tutorials/digital-camera-sensor-size.htm
Преимущества 1/3" ПЗС SONY 960H EXview HAD CCD II матрицы:
# По данным калькулятора получаем, что для 1/3" ПЗС SONY 960H EXview HAD CCD мы можем использовать при работе меньшую апертуру и получить большую ГРИП за счет того, что точка macro diffraction limit дальше за счет меньшего количества пикселей на аналогичной площади сенсора.
# Равный почти О мс лаг, субъективно лага нет вообще.
# Вывод изображения через композитный видео интерфейс. Для этого можно использовать старые LCD TV, которые уже не подходят для других целей.
Недостатки 1/3" ПЗС SONY 960H EXview HAD CCD II матрицы:
# Малое разрешение 720 х 576, на удобство работы сильно не влияет.
# Для захвата видео/фото нужно дополнительно использовать сплиттер для сигнала и дополнительное устройство видеозахвата USB EasyCap.
Преимущества CMOS матрицы от eken h9 матрицы:
# HD 1080P разрешение в режиме видео 1920 х 1080. Разрешение в режиме фото 4608х2592.
# Для захвата видео нужно дополнительно использовать HDMI сплиттер для сигнала и дополнительное устройство плата видеозахвата с интерфейсом HDMI, но в режиме фото можно получить изображение на карту памяти action камеры.
Недостатки CMOS матрицы от eken h9:
# По данным калькулятора мы получаем меньшую ГРИП, т.к. точка macro diffraction limit ближе за счет большего количества пикселей на аналогичной площади сенсора и нужно использовать большую апертуру.
# Лаг почти не мешает работе, но по ощущениям около О,2 сек., не мешает работе.
# Вывод видео изображения через HDMI интерфейс. Для этого нужен более дорогой монитор или ТВ.
= Выбор монитора/ТВ =
Тесты с использованием старого ТВ с композитным входом при использовании CCD матрицы и монитора с HDMI интерфейсом при использовании CMOS матрицы от Eken h9r показали лаг на минимальном уровне.
Тесты с использованием smart TV Xiaomi показали плохие результаты, задержка для композитного и HDMI интерфейса около 0,5 секунды. Скорее всего это связано с обработкой видеосигнала перед выводом в плеере ОС android.
В этой конструкции использовался монитор [[может использовать::ProLite XB2483HSU]] для варианта с CMOS матрицей.
Для варианта с CCD матрицей использовался NoName ТВ 2007 года.
= Подсветка =
Основные проблемы освещения:
# Дешевые светодиодные лампы дают flicker, эффект мерцания изображения. Подробнее о проблеме в видео: https://youtu.be/0kAuDuV9K9U
# Недостаточная мощность освещения. При использовании только естественного освещени получаем темно изображение или черный квадрат.
# Тени от объектов в рабочей зоне или отсутствие освещения в нужных участках кадра при плотном монтаже.
Участки потери светового потока:
# Поляризационный фильтр. Отсекается часть потока света с поляризацией несовпадающей с поляризацией фильтра в текущей ориентации.
# Оптика объектива. Потери зависят от светосилы объектива.
# Апертура. Уменьшение размера отверстия диафрагмы отсекает часть потока света.
# Кроп-фактор. Теряется часть светового потока, который проецируется на кадр за пределами матрицы.
# Увеличение. При сильном увеличении оптическая система видеомикроскопа работает со световым потоком полученным с небольшой площади рабочей зоны и проецирует его на площадь кадра.
# Использование дополнительных аксессуаров для получения эффекта макросъемки: макрокольца, реверсивные и т.д., если объектив изначально не был предназначен для макросъемки.
Учитывая всех "потребителей" светового потока требуется изначально мощное освещение рабочей зоны, чтобы получить на матрице уровень освещенности достаточный для получения качественного изображения. В отличие от фото где используется вспышка при съемке макровидео это освещение должно быть постоянным.
Крепление на гибком кронштейне позволяет осветить нужную часть рабочей зоны и отрегулировать рельеф изображения с помощью теней.
Кольцевая подсветка дала сильные блики в кадре, поэтому не используется в этой конструкции.
[[Файл:Микроскоп-подсветка-пример.png|center]]
В этой конструкции используются:
[[может использовать::Лампа настольная Camelion 8173762]] (используется отдельно гибкий кронштейн).
[[Файл:Микроскоп-подсветка-camelion-8173762.png|center]]
И [[может использовать::Светодиодная лампа Огонёк CC-155]].
[[Файл:Микроскоп-подсветка-Огонёк-CC-155.png|center]]
Лампочка стандартная с теплой или холодной гаммой по вкусу или по ситуации:
* "лампа светодиодная ОНЛАЙТ 8Вт E27 600лм 2700K 220В рефлектор R63"
* "лампа светодиодная ОНЛАЙТ 8Вт E27 660лм 4000K 220В рефлектор R63"
[[Файл:Микроскоп-подсветка-онлайт.png|center]]
После перебора вариантов источников освещения получилось, что ОНЛАЙТ 8Вт E27 оптимальный вариант. Лампочка отвечает нормам СанПиН, в ней используется качественный драйвер обеспечивающий flicker free освещение. Матовый защитный пластик работает как рассеиватель.
Светодиодная лампа Огонёк CC-155 дает более направленный, холодный, точечный источник света.
= Конструкция =
Расположение элементов видеомикроскопа на основе конструкции предложенной в книге "Майкл Фриман. Цифровая фотография. Крупный план. 2005 стр.113" и автора видео "https://youtu.be/QHKDDBAkFiY"
= Список литературы =
