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Sampling and sampling density

定義

この画像処理の文脈で、 ”sample" という単語は、 イメージングする対象物を参照するのではなく、 ピクセルの 3D 相当のボクセル voxel を参照します。 "サンプリング " は、 信号 ( 例えば、連続時間か、または空間の関数 ) を数値シーケンス ( 離散時間か、または空間の関数 ) に変換する処理であり、 アナログ - デジタル変換、 あるいは単にデジタル化とも呼ばれます。 ( ウィキペディア ) ( Wikipedia ).

サンプリング密度 または サンプリングレート は、 アナログ信号からデジタル信号に変換するときの単位距離当たりの記録されたサンプル ( ピクセル pixels または、ボクセル voxels ) の数です。 したがって、サンプルサイズ Sample Size ( または、サンプリング距離 Sampling Distance すなわち1つのボクセルのサイズ voXel ) が大きいほど、 サンプリング密度は小さくなります。 それは、 花瓶の中の豆のようです : 豆の サイズ が大きいほど、 花瓶に収まるものが少なくなり、 豆の 密度 が低下します。 またその逆も同様です。 ( 豆の物理的密度ではなく、与えられた容量の豆の数です !!! )

サンプリング密度は、 画像取得条件を説明する顕微鏡パラメータです。 Microscopic Parameter 後で調整できるものではありません。 それは、 顕微鏡を構成する方法 ( 通常、コンフォーカル顕微鏡のズーム係数Confocal Microscopes か、 または広視野顕微鏡 Wide Field Microscopes の CCD セル - 検出器のサイズと結合した倍率、 あるいは、 光軸および水平のステップによる ) によって決定されます。 画像の1つのボクセル voxel か、 またはピクセル pixel と物理空間の実際のボリューム間の直接接続を確立します。 以下のソフトウェアの 「パラメータ」 を参照してください。

100 x 100 µm² の物理的領域をカバーする 256 x 256 ピクセルの画像は、 X と Y の両軸に沿って 1 ミクロン当たり 256/100 = 2.56 サンプルのサンプリング密度を有します。 同様に、 これらの方向のいずれかに沿ったサンプルサイズSample Size は、100/256 = 0.391 μm = 391 nm です。 これが現在の条件に十分であるかどうかは、 理想的なサンプリングレートによって決まります。 ( 下記参照 )

より小さい物理的領域をスキャンするためにスキャニング顕微鏡のズーム係数を変更すると、 例えば1.4 倍の 70 µm²、記録された画像のピクセル数を 256 x 256 ピクセルに維持して、 サンプルサイズを減らすことで解像度を得ることができます : 70/ 256 = 0.273 µm = 273 nm。 特定の物理的距離に沿ってより多くのサンプルを取得し、 より多くの細部を区別することが出来ます。 しかしこれはレンズの回折によって制限され、 理想的なサンプリングレートを超えるサンプリング beyond は、 改善しません。

顕微鏡ズームは、 「デジタル倍率」 と対比させることが出来ます : 取得されたデータのクロッピングおよび補間。 デジタルズーム ( 取得後 ) では、 より多くの物理的情報やより良い解像度は得られませんし、 構造は良く解像されません。 ストレージとメモリのリソースを消費します。 解像度の制限のために重複して見える2つの異なる形体もデジタルズーム後に重なり合って見えます。

別の例のご紹介 : http://www.hi.helsinki.fi/amu/AMU%20Cf_tut/Opt_ScanRes.htm.

Ideal sampling !

理想的なサンプリング密度は、 光学系に依存します。 ( すべての情報を取得するのに理想的な方法 ) 。 点像分布関数( PSF ) Point Spread Function は、 画像が 「構築」 される基本の 「 brick 」 であるので、 少なくともすべての利用可能な情報を収拾するために PSF のスケールで細部を記録する必要があります。 デコンボリューションは、 PSF スケールで動作するので、 デコンボリューションを実行 Doing Deconvolution しようとすると失敗する可能性があります。 デジタルサンプリングが PSF よりもはるかに大きい物理スケールで行われる場合 ( アンダーサンプリング ) に、 デコンボリューションは、上手くいきません! オーバーサンプリングでは、 各画像のピクセル内に多くの PSF を記録することになり、 もはやそれらを活用することはできません。
詳細は Quality Vs SamplingIdeal Sampling を参照

Parameters in the software

出来るだけナイキストレート Nyquist Rate に応じて画像取得を行うことを推奨します。 これが達成されなかった場合に、 デコンボリューションを実行 Doing Deconvolution する際は、 実際のサンプリング距離 をいずれの場合にもパラメータとして使用する必要があります。 1つのサンプリング密度でイメージングします Image Restorations が、 デコンボリューションに異なる値を使用すると、 間違った復元画像を生成します。 ソフトウェア の警告メッセージを避けるために顕微鏡パラメータ Microscopic Parameters を偽造しないでください!

Hugens ソフトウェア Huygens Software では、 画像を記述するために入力したサンプリングをナイキスト理想サンプリング Ideal Sampling と比較します。 それが大きかったり大きすぎたりすると、 入力フィールドにオレンジ色か、 または赤色が表示され、 アンダーサンプリング UnderSampling を警告します。 これは、 単なる情報提供に過ぎず、 データには何もおこなわれません : 入力した実際のパラメータ ( これは正しいことです ) を使用して画像のデコンボリューションが行われます。 しかし、理想的なサンプリングから離れていくほど、画像改善が低下するデコンボリューションになります。 したがって、色付けと警告は、 元のデータをあまり改善せずに、 より正しいサンプリングでイメージを再取得するほうが良いことを単に知らせるためのものです。

良好なパラメータを得るために、 顕微鏡でアクティブなピクセルビニング Pixel Binning を認識することも重要です。


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