分辨率

2022年4月24日光学150阅读模式

分辨率,又称解析度、解像度,可以细分为显示分辨率、图像分辨率、打印分辨率和扫描分辨率等,分辨率决定了位图图像细节的精细程度。

屏幕分辨率

通常情况下,图像的分辨率越高,所包含的像素就越多,图像就越清晰,印刷的质量也就越好。同时,它也会增加文件占用的存储空间。

单位

描述分辨率的单位有:dpi(点每英寸)、lpi(线每英寸)、ppi(像素每英寸)和PPD(PPPixels Per Degree 角分辨率,像素每度)。但只有lpi是描述光学分辨率的尺度的。虽然dpi和ppi也属于分辨率范畴内的单位,但是他们的含义与lpi不同。而且lpi与dpi无法换算,只能凭经验估算。

另外,ppi和dpi经常都会出现混用现象。但是他们所用的领域也存在区别。从技术角度说,“像素”只存在于电脑显示领域,而“点”只出现于打印或印刷领域。

画质

画质就是画面质量,包括清晰度、锐度、镜头畸变、色散度、分辨率、色域范围、色彩纯度(色彩艳度)、色彩平衡等几方面指标。

画质
清晰度是什么

清晰度指影像上各细部影纹及其边界的清晰程度。清晰度,一般是从录像机角度出发,通过看重放图像的清晰程度来比较图像质量,所以常用清晰度一词。

清晰度是什么
锐度

锐度有时也叫“清晰度”,它是反映图像平面清晰度和图像边缘锐利程度的一个指标,一张照片最起码清晰可见,就算有虚化,那也得有主体清晰才是照片的基本。

锐度
镜头畸变

一般来说,镜头畸变实际上是光学透镜固有的透视失真的总称,也就是因为透视原因造成的失真,这种失真对于照片的成像质量是非常不利的,毕竟摄影的目的是为了再现,而非夸张,但因为这是透镜的固有有特性(凸透镜汇聚光线、凹透镜发散光线),所以无法消除,只能改善。

镜头畸变
色散度

色散度是指色散元件或色散系统色散能力的大小,常用线色散率或角色散率来度量,同一光学介质,对不同波长光的折射率是不同的,也就是说,对于一枚镜头而言,不同色光的焦点位置实际上是不一样的,这必然导致很多成像问题,其中之一就是色散。在天然材料中,一种叫萤石的矿物质就具有局部色散的超低色散特性。

色散度
色域

色域就是指某种表色模式所能表达的颜色构成的范围区域,也指具体设备,如显示器、打印机等印刷复制所能表现的颜色范围。专业点说色域是对一种颜色进行编码的方法,也指一个技术系统能够产生的颜色的总和。

色域
色彩纯度

色彩纯度,也叫饱和度、彩度,是指原色在色彩中所占据的百分比,用来表现色彩的鲜艳和深浅的标准,一种颜色的纯度越高,色彩就越鲜艳,如果纯度逐渐降低的话,就会越来越暗淡。纯度最高的色彩就是原色,而最低的就会变成无彩色。

色彩纯度
色彩平衡

色彩平衡是图像处理(Photoshop)软件中一个重要操作。通过对图像的色彩平衡处理,可以校正图像色偏,过饱和或饱和度不足的情况,也可以根据自己的喜好和制作需要,调制需要的色彩,更好地完成画面效果。

色彩平衡

图像分辨率相乘≈像素

无论是监控摄像机所拍摄的图像还是相机所抓拍的图像,每个图像都会有自己的信息。从分辨率上我们就可以估算出图像的像素。

例如:图像分辨率为1280*720,那么这张图片像素有100万;我们用单反照出来的图像分辨率2592*1728,相乘结果可估算为500万像素。

其实,图像的分辨率和像素有着直接的关系。通过数字计算,我们了解其实"分辨率"被表示成每一个方向上的像素数量。通过间摄像机的成像像素,我们就可以推断出这款监控摄像机大概的市场定位。百万像素监控摄像机呈现720p图像来说,相信已经是驾轻就熟了。

屏幕分辨率

屏幕分辨率是指纵横向上的像素点数,单位是px。屏幕分辨率确定计算机屏幕上显示多少信息的设置,以水平和垂直像素来衡量。

就相同大小的屏幕而言,当屏幕分辨率低时(例如 640 x 480),在屏幕上显示的像素少,单个像素尺寸比较大。屏幕分辨率高时(例如 1600 x 1200),在屏幕上显示的像素多,单个像素尺寸比较小。

显示分辨率就是屏幕上显示的像素个数,分辨率160×128的意思是水平方向含有像素数为160个,垂直方向像素数128个。屏幕尺寸一样的情况下,分辨率越高,显示效果就越精细和细腻。

光刻工艺中的分辨率

掩模版上相邻两点在晶圆表面可以清晰成像的对应的最小距离或区别硅片表面上两个或更多的邻近特征图形的能力称为分辨率。

一种解释分辨率的实际方法是通过硅片上形成符合质量规范要求的最小特征图形。形成的关键尺寸越小,光刻胶的分辨能力和光刻系统就越好。集成电路生产中使用的投影式光刻机的曝光系统可以等效地用所谓的科勒(Koehler)光学模型来描述,如图1所示。光源位于会聚透镜(condenser lens)的焦平面上。通过会聚透镜后,光线照射在掩模上,产生衍射光束0,±1,±2,…。

曝光系统光路示意图

图1 曝光系统光路示意图

分辨率

投影透镜组(projection lens)的大小将决定多少衍射光将被收集并聚焦到晶圆表面,在晶圆表面形成掩模图形的像。较大的镜头将有更大的分辨能力,因为它能够收集到更多的衍射光线。掩模上的图案和晶圆上图像尺寸的比例可以通过光学系统来调节,先进光刻系统中的比例是4∶1。在193nm浸没式光刻机中,晶圆与投影透镜之间填充了水,其他光刻机仍然是空气 。

曝光系统分辨率分析示意图

图2 曝光系统分辨率分析示意图

考虑掩模上两个相邻的点A与B,它们在晶圆表面成的像是A′与B′,如图2所示。A与B之间的距离最小必须是多少,A′与B′才能被清晰地分辨出来,瑞利(Rayleigh)早在1879年就给出了这个问题的答案,即所谓的瑞利判据(Rayleigh criterion):A、B之间的最小距离是埃利(Airy)图形的第一极小值,即式中,d是光瞳的孔径;f是透镜的焦距;k1是一个常数;λ是光源的波长;NA是投影透镜的数值孔径(numerical aperture,NA),定义为nsinθ。θ是曝光光线在晶圆表面的最大入射角,如图1所示。对于193nm浸没式光刻机,n=1.44(水在193nm波长时的折射率)。其余光刻机,透镜和晶圆之间都是空气,n=1 [1] 。

光刻分辨率的进一步提高完全依赖于所谓的分辨率增强技术(resolution enhancement technology,RET),包括光源优化(illumination optimization)、邻近效应修正、添加辅助图形(assistant features)等,这些都必须依靠仿真计算来找到解决方案。

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