像素位移(Pixel-Shift)超解析技術與壓電平台

像素位移(Pixel-shift)常用於工業相機與顯微鏡,以提升解析度與整體影像品質——而壓電平台正是這項技術不可或缺的基礎。
品質測試與檢測產業對相機與顯微鏡有嚴格要求:影像解析度越高,可檢視的細節越多,檢測結果就越好;更短的檢測週期同樣舉足輕重——時間就是金錢。
工業顯微鏡與整合式相機的製造商不斷更新產品線以滿足這些需求。但單純換上更強的影像感測器並不足夠——越來越多顯微鏡相機採用了名為像素位移的技術。藉由這個方法,CMOS、CCD、FPA 等影像感測器的原生解析度可提升數倍,色彩品質也顯著改善。
像素位移如何運作?
像素位移指的是將同一影像拍攝多次的過程:每拍一張,就把鏡頭或影像感測器移動半個或三分之一個像素,再由電腦或處理器把這些影像合成為一張。結果是一張更銳利、解析度比原始影像高出數倍的影像。解析度隨拍攝張數增加——位移半個像素可達 4 倍、三分之一像素可達 9 倍,依此類推。此過程不會影響影像的色彩還原;另一個好處是個別像素缺陷會被修正。整體而言,像素位移可進一步提升影像感測器的有效成像表現。
實現像素位移的最佳技術基礎,是一座能沿 X、Y 軸移動影像感測器或鏡頭的壓電平台——正是它讓「多張帶微小偏移的拍攝」成為可能。只有壓電平台與致動器能提供這種微米級位移所需的解析度。
像素並沒有統一的標準尺寸。工業相機與顯微鏡通常採用像素尺寸小於 5 µm、感光面積較大的影像感測器——更大的感光面積帶來更高感光度,從而提供更銳利的影像與更詳盡的結果;消費性產品通常使用更小的像素,但影像雜訊也更高。
壓電平台理論上具有無限解析度,能提供奈米甚至次奈米等級的極小步距。不過許多顯示器的能力與處理器的運算力,可能限制更高影像解析度的實際運用。
壓電平台在像素位移技術中還提供額外優勢:不只是高解析度與高精度——它們的反應時間可快至微秒等級,並具備其他技術難以匹敵的步進重現性、穩定性與可靠性。

哪些 piezosystem jena 系統適用於像素位移?
使用壓電平台實現「位移」有多種方式:PXY 系列的各款型號沿 XY 座標系提供精確且高重現性的運動,是影像感測器或鏡頭 XY 位移的理想選擇;PSH 系列傾角平台也可使用——它們透過角度偏轉實現像素位移。依工業顯微鏡或相機的設計意圖與構造,ScanXY 40 或 NanoX® 系列的特定型號也可能適用。
要以壓電平台達成高且穩定的解析度,一台低電氣雜訊的壓電放大器至關重要——雜訊越低,可達成的步距就越小。這當然不只對像素位移重要,對所有需要微米、奈米或次奈米步距的應用皆然。piezosystem jena 的壓電控制器具有極低的電氣雜訊,例如數位放大器 d-DrivePro 僅 0.15 mV。有這樣的放大器,才能確保壓電元件的最佳運用與控制。
常見問題
像素位移實際能把解析度提升幾倍?
看位移量與拍攝張數:位移半個像素可達 4 倍、三分之一像素可達 9 倍,依此類推。過程不影響色彩還原,個別像素缺陷也會在合成時被修正。
為什麼一定要用壓電平台來做位移?
工業相機與顯微鏡的影像感測器像素尺寸通常小於 5 µm,要穩定移動半個或三分之一個像素,只有壓電平台與致動器提供得了這種解析度。壓電還有微秒等級的反應時間,以及其他技術難以匹敵的步進重現性與穩定性。
放大器的雜訊有這麼重要嗎?
很重要。雜訊越低,可達成的步距就越小,這決定了實際能不能做出穩定的次像素位移。piezosystem jena 的壓電控制器電氣雜訊極低,數位放大器 d-DrivePro 僅 0.15 mV。
