像素位移(Pixel-Shift)超解析技术与压电平台

像素位移(Pixel-shift)常用于工业相机与显微镜,以提升解析度与整体影像品质——而压电平台正是这项技术不可或缺的基础。
品质测试与检测产业对相机与显微镜有严格要求:影像解析度越高,可检视的细节越多,检测结果就越好;更短的检测周期同样举足轻重——时间就是金钱。
工业显微镜与整合式相机的制造商不断更新产品线以满足这些需求。但单纯换上更强的影像感测器并不足够——越来越多显微镜相机采用了名为像素位移的技术。借由这个方法,CMOS、CCD、FPA 等影像感测器的原生解析度可提升数倍,色彩品质也显著改善。
像素位移如何运作?
像素位移指的是将同一影像拍摄多次的过程:每拍一张,就把镜头或影像感测器移动半个或三分之一个像素,再由电脑或处理器把这些影像合成为一张。结果是一张更锐利、解析度比原始影像高出数倍的影像。解析度随拍摄张数增加——位移半个像素可达 4 倍、三分之一像素可达 9 倍,依此类推。此过程不会影响影像的色彩还原;另一个好处是个别像素缺陷会被修正。整体而言,像素位移可进一步提升影像感测器的有效成像表现。
实现像素位移的最佳技术基础,是一座能沿 X、Y 轴移动影像感测器或镜头的压电平台——正是它让「多张带微小偏移的拍摄」成为可能。只有压电平台与致动器能提供这种微米级位移所需的解析度。
像素并没有统一的标准尺寸。工业相机与显微镜通常采用像素尺寸小于 5 µm、感光面积较大的影像感测器——更大的感光面积带来更高感光度,从而提供更锐利的影像与更详尽的结果;消费性产品通常使用更小的像素,但影像杂讯也更高。
压电平台理论上具有无限解析度,能提供奈米甚至次奈米等级的极小步距。不过许多显示器的能力与处理器的运算力,可能限制更高影像解析度的实际运用。
压电平台在像素位移技术中还提供额外优势:不只是高解析度与高精度——它们的反应时间可快至微秒等级,并具备其他技术难以匹敌的步进重现性、稳定性与可靠性。

哪些 piezosystem jena 系统适用于像素位移?
使用压电平台实现「位移」有多种方式:PXY 系列的各款型号沿 XY 座标系提供精确且高重现性的运动,是影像感测器或镜头 XY 位移的理想选择;PSH 系列倾角平台也可使用——它们透过角度偏转实现像素位移。依工业显微镜或相机的设计意图与构造,ScanXY 40 或 NanoX® 系列的特定型号也可能适用。
要以压电平台达成高且稳定的解析度,一台低电气杂讯的压电放大器至关重要——杂讯越低,可达成的步距就越小。这当然不只对像素位移重要,对所有需要微米、奈米或次奈米步距的应用皆然。piezosystem jena 的压电控制器具有极低的电气杂讯,例如数位放大器 d-DrivePro 仅 0.15 mV。有这样的放大器,才能确保压电元件的最佳运用与控制。
常见问题
像素位移实际能把解析度提升几倍?
看位移量与拍摄张数:位移半个像素可达 4 倍、三分之一像素可达 9 倍,依此类推。过程不影响色彩还原,个别像素缺陷也会在合成时被修正。
为什么一定要用压电平台来做位移?
工业相机与显微镜的影像感测器像素尺寸通常小于 5 µm,要稳定移动半个或三分之一个像素,只有压电平台与致动器提供得了这种解析度。压电还有微秒等级的反应时间,以及其他技术难以匹敌的步进重现性与稳定性。
放大器的杂讯有这么重要吗?
很重要。杂讯越低,可达成的步距就越小,这决定了实际能不能做出稳定的次像素位移。piezosystem jena 的压电控制器电气杂讯极低,数位放大器 d-DrivePro 仅 0.15 mV。
