Первая работа с новой камерой - Fujifilm X-T5.
Публикуется здесь в ракурсе как раз вопроса достаточного/недостаточного/избыточного семплирования.
Агат. Зимний узор в камне. Микрофото с объективом Mitutoyo M Plan Apo 5x0.14 с Raynox DCR-150 в качестве тубусной линзы, на штативе микроскопа МББ-1А. Cтэкинг, HDR, кадрирование. Диффузно-рассеянное освещение с осветителем Белых.
Agate. Winter pattern in stone. Macro 5:1. HDRПервые впечатления от камеры - самые положительные. Она бралась с прицелом на то, что через пару месяцев мне предстоит начать работу над большим проектом, где нужны будут не очень большие масштабы - крупный план и умеренное макро, но потребуется очень высокое разрешение снимков и точность в передаче деталей - не могу говорить о проекте, но проведя аналогию, скажу, что по требованиям сопоставимо с тем, как снимают старинные документы в крупных национальных библиотеках - например Бамбергской, Французской национальной и пр.
Оптика у меня подходящая есть - те же Fujinon-EFC, но со старыми моими камерами полностью реализовать разрешение этой оптики в небольших масштабах было невозможно. А тут 40 мегапикселей при размере пикселя 3,04мкм. и возможности пиксель-шифта - то, что надо. Плюс прочие плюшки типа электронного затвора и матрицы с обратной засветкой- очень к месту.
При том, с моими основными рабочими микроскопными объективами Mitutoyo, у меня получается хороший прирост разрешения сенсором изображения, построенного объективом, без явного оверсемплинга (ну а для более апертуристых объективов у меня есть, если что, мои старые камеры с более крупным пикселем).
По крайней мере с 5х0.14, 10х0.28, 20х0.42 - выборка выходит явно более предпочтительная. И даже с объективом SO Optics LU Plan Fluor 50x0.80 WD 2mm Semi-Apo у меня ещё не достигается порог, при котором заметен явный оверсемплинг (6-6,05 пикселей и выше) - я получаю выборку 5,8 пикселя не проекцию единицы разрешения на матрицу.
Подробнее для Митутойо:
Если посчитать - при обычном масштабе съёмки с моей основной оптикой в качестве тубусной линзы - Raynox DCR-150 c фокусным расстоянием F=208.3, выходит:
при заявленной производителем разрешающей для 5х0.14 в 2мкм.:
1. масштаб съёмки при фокусировке ТЛ на "бесконечность" с точки зрения матрицы 208,3/200 (расчётное фокусное ТЛ для этого объектива)=1.0415, помноженные на 5 (увеличение объектива при расчётном фокусном ТЛ) = 5,2
2. проекция на матрицу единицы разрешения составляет 2 (расчётная разрешающая в мкм)х5,2(масштаб съёмки)=10,4мкм.
Семплирование получается 10,4/3.04=3.42 пикселя на проекцию единицы разрешения на матрице.
Это несколько лучшее разрешение матрицей картинки, построенной объективом, нежели при пикселе 4,29 - там получалось 2,42 пикселя. Т.е., если учитывать ранее сказанное в теме - еле-еле соблюдалось условия критерия Найквиста и даже, если копаться в мелочах - оно немного не "добиралось", если принимать за минимальную дискретизацию не 2 пикселя на проекцию единицы разрешения, а 2,44.
С объективом 10х0.28 с паспортной разрешающей 1мкм. - ситуация сходная. По тому же расчёту размер проекции его разрешающей на матрицу составляет 10,415мкм. и семплирование выходит практически такое же - округлённо, 3,43 пикселя на проекцию единицы разрешения - прекрасно!
И даже есть запас, при необходимости, чуть увеличить масштаб съёмки, по крайней мере до достижения ситуации, когда на проекцию единицы разрешения на матрице будет приходится до 5 и даже до 6 пикселей (как мы уже знаем - 6,05 пикселей уже многовато, но терпимо - ещё не так уж "мыльно", зато всё точно разрешается).
Резкость ещё останется вполне нормальной, а разрешающая будет реализована более полно - разумный компромисс между резкостью и разрешающей способностью будет получен, с моей точки зрения, совпадающей с точкой зрения серьёзных профи микросъёмки - разрешение деталей объекта наиболее полно, важнее "предельной резкости", которая всегда обозначает, что мы где-то недоразрешили все детали.
Обычно эти слова вызывают "когнитивный диссонанс", особенно в головах "обычных фотографов", почерпнувших всё понимание "резкого и разрешённого" на обычных фотофорумах, где пользуются не дифракционно ограниченной, а _аберрационно_ограниченной оптикой, и считают единственным критерием разрешающей - "попиксельную резкость в 100% открытии кадра", что, разумеется, полная ерунда, и к реальности проблем "разрешения и резкости" имеет отношение чуть меньше, чем никакого. Но отечественные любители фотографии в этом не одиноки - западные страдают точно тем же)
Правда, им гораздо дольше пытаются объяснить умные люди, что это всё не совсем так работает, есть базовые понятия физики и оптики, и не худо бы разобраться в деталях, для понимания вопроса - произвести грамотные расчёты, узнать базовые аспекты и т.д. И надо сказать, что именно благодаря зарубежным спецам, мне самому удалось это понять достаточно внятно - благодаря, в первую очередь Рику Литтлфилду и некоторым его коллегам по форуму Photomacrography.net, которые излагали все необходимые объяснения и расчёты структурированно, грамотным языком, наглядно и терпеливо-дотошно. У нас так обычно не умеют, либо не любят делать просто потому, что моментально набегает куча "я тоже специалистов", отягощённых эффектом Даннинга-Крюгера, что сводит на нет все благие намерения что-то как следует объяснить аудитории. Это ведь всё не так уж просто, а "народ" в массе любит, чтобы объяснение было "как два пальца" - иначе им неинтересно, а главное - не льстит их самоосознанию и их личной, с позволения сказать, "практике". Впрочем, в заточном деле всё тоже самое, как бы ни было прискорбно...
А вот признать, что не знаешь чего-то и обладать достаточным смирением для того, чтобы выслушать объяснения, и терпением, чтобы самому сделать упражнения и расчёты, попробовать применить их на практике с грамотно построенным экспериментом - на это способны "не только лишь все"(с)
Но я отвлёкся. Продолжим:
И опять-таки, тут ещё можно вспомнить то, что цветной фильтр на матрице, что Байеровский, что, в случае Фуджи, X-Trans- тоже при некоторых условиях "подъедают" разрешающую, так что реальный "оверсемплинг" у нас наступает при наличии таких фильтров при несколько более плотной "выборке", семплировании.
Особенно меня радует, что теперь, благодаря функции сдвига пикселей в этой камере, мне удастся преодолеть снижение предельного разрешения матрицы/сенсора, происходящее в силу наличия цветного фильтра, как это доказали и теоретически и практически, на многих профильных зарубежных ресурсах. И это же позволит в целом повысить разрешение некоторых микрофото, которые можно будет делать в монохроматическом свете с более короткой длиной волны, нежели та, для которой обычно рассчитывают предел разрешения микроскопного или иного, дифракционно ограниченного объектива.
По следам некоторых спецов, планирую применить на некоторых объектах освещение монохроматическим светом с длиной волны 450nm, а в будущем, может и короче, с применением пиксель-шифта камеры. Расчёт тут элементарный - если взять основные две формулы расчёта разрешения дифракционно ограниченной оптики (т.е. микроскопной, хотя бы в центре поля, а для обладающей высокой степенью коррекции - для планапохроматов - так и практически по всему полю) по критериям Рэлея и Аббе:
0,61*λ/NA и 0,5*λ/NA соответственно, где λ - длина волны (раньше принимали для расчёта 560 нанометров, ныне в основном берут 550 нанометров- середину видимого спектра, в т.ч. для Mitutoyo и прочих современных микрообъективов с высокой степенью коррекции), а NA - числовая апертура объектива, то на примере, скажем, Mitutoyo M Plan Apo 20x0.42 можно расчитать, что у нас может получиться, следующим образом:
Мы знаем паспортную разрешающую этого объектива -0,7мкм. Проверим по критерию Рэлея: 0,61*550/0.42=798.8 нанометров. Так, Митутойо заявляет разрешающую выше - проверим по Аббе - т.е. ближе к теоретическому пределу: 0,5*550/0,42=654,76 - а это наоборот, чуть лучше, чем заявляет Митутойо.
Я полагаю, основываясь на расчёте из таблиц фирмы Nikon, ссылки на которые приводил ранее, что Митутойо, как и Nikon, считает по Аббе (а в конце 20-го века, в основном считали по Рэлею, в т.ч. на Цейссе), по близкости теоретическому пределу, но делая поправку на некоторую неидеальность реальных объективов и оставляя некоторый "запас", либо округляет 0,65 до 0,7, либо указывает результаты реальных замеров с некоторым допуском.
Учитывая, что это фирма очень серьёзная, и отвечающая за свои цифры, для которой характерно указывать не "предельно возможное для их систем по расчёту", а то, что они реально могут _гарантировать_ (как они делают со значением исправленного поля своих объективов - оно заявленное фирмой меньше, чем реальное, по тестам и отзывам многочисленных пользователей по всему миру за многие годы) - их указания, проверенные расчётом, заслуживают уважения - мало какие фирмы заявляют именно то, что могут гарантированно предоставить, а не указывают абсолютный расчётный предел для своего оборудования, как "паспортные базовые характеристики".
Теперь, когда мы знаем, что скорее всего Митутойо рассчитывает по критерию Аббе и округляет, попробуем для того же объектива посчитать, что мы можем получить при монохроматическом свете 450nm:
0,5*450/0.42=535,7, округлим до 540 нанометров. Да, хороший прирост - 540 вместо 700 нанометров!
А пиксель -шифт, составленный фуджи X-T5 из 20 кадров, должен "разрулить" вопрос потери разрешения цветным фильтром на матрице.
Очень даже интересные и приятные цифры.
Вообще, я полагаю, что микроскопные камеры с очень мелким пикселем, заведомо осуществляющим избыточную выборку, оверсемплинг, при работе с высокоапертурными объективами, делаются такими не потому, что "инженеры полные идиоты", что совершенно точно не так, а потому (помимо чисто экономических соображений и соображений разумной достаточности того, что нужно школьнику, студенту, лаборанту, и так далее, и в каких условиях и в каком бюджете), что при использовании специфических методов контрастирования, в т.ч. в которых применяется монохроматический свет, как правило с более короткой длиной волны, нежели в обычном светлом поле, потери разрешающей способности цветной матрицы, компенсируют часть "оверсемплинга" при использовании такого света. Ну и что, что в обычном светлом поле с обычным белым светом картинка выглядит кошмарно - в конце-концов, камеры рассчитанные на рутинную работу, не предполагают получения высококачественных снимков. Лишь бы было видно то, что необходимо увидеть. Ну а при том же синем монохроматическом свете, что 400, что 450 нанометров, в силу фильтра Байера, такая матрица реально реализует только 1/4 своей разрешающей способности, а при зелёном монохроматическом свете - около половины: в конечном итоге, примеры панцирей диатомовых водорослей, снятые в свете 450nm на "мелкопиксельные" микроскопные камеры с ничтожным размером сенсора, выглядят вполне симпатично. Лучше, чем обычные светлопольные изображения в белом свете, а если камера достаточно приличная, то детализация приближается к таковой, на подобных же монохромных матрицах.
Ну а в моём случае, с профессиональной камерой, с небольшим пикселем, но зато с сенсором нормального размера, практически идеально подходящего для широкопольных микроскопных объективов с высокой степенью коррекции, и с возможностью сдвига пикселей, можно рассчитывать на высококачественное изображение и при высокоапертурных объективах, и получать повышенное разрешение в монохроматическом свете, задействуя всю матрицу, как если бы я использовал без сдвига пикселей, матрицу монохромную.
В частности, такие перспективы меня и вдохновили на покупку этой камеры, на основе изучения работ и описания компоновок микрофотосистем многими специалистами.
Помимо функционала, эта камера мне и по удобству понравилась - это не первая моя Фуджи, и в принципе, я знал, чего примерно ожидать, но она оказалась выше ожиданий)
Единственно, возникли некоторые сложности с софтом - мои версии фотошопа и хеликон фокуса, не читают её равы, так что пришлось скачать ещё родной софт фуджи и RawTherapee версии 5.10, которая уже их читает и проявляет.
Да, кстати, некоторые пробы показали, что джипеги у камеры тоже очень классные - они прекрасно сшиваются даже в "пирамидальном" алгоритме без такого прироста шума, как было со старыми камерами, и даже запихивание камджипегов в Photomatix Pro (прога для HDR), показало прирост в качестве джипегов - с прежних камер HDR хорошо делался только из равов, а тут даже из джипегов получается без их обычных артефактов.
В общем - я очень доволен!
"
