镜头的分辨率解析
镜头计算方法及相关术语

远心镜头计算公式远心镜头计算公式::光学倍率=相机芯片尺寸相机芯片尺寸((长、宽)/视野视野((长、宽)镜头支持靶面镜头支持靶面尺寸尺寸尺寸≥≥相机靶面尺寸相机芯片尺寸2/3 长8.45mm 宽 7.07mm1/2 长6.4mm 宽 4.8mm1/3 长4.8mm 宽 3.6mm1/4 长3.2mm 宽 2.4mm1/2.5 长5.12mm 宽3.84mm1/1.8 长7.13mm 宽 5.37mm1/2.3 长6.16mm 宽 4.62mm机器视觉系统中,工业镜头相当于人的眼睛,其主要作用是将目标的光学图像聚焦在图像传感器(相机)的光敏面阵上。
视觉系统处理的所有图像信息均通过工业镜头得到,工业镜头的质量直接影响到视觉系统的整体性能。
下面对机器视觉工业镜头的相关专业术语做以详解。
一、远心光学系统远心光学系统::指主光线平行于工业镜头光学轴的光学系统。
而光从物体朝向镜头发出,与光学轴保持平行,甚至在轴外同样如此,则称为物体侧远心光学系统。
:二、远心镜头远心镜头:远心镜头指主光线与镜头光源平行的工业镜头。
有物方远心,像方远心,双侧远心。
普通工业镜头主光线与镜头光轴有角度,因此工件上下移动时,像的大小有变化。
双侧远心境头主物方,像方均为主光线与光轴平行光圈可变,可以得到高的景深,比物方远心境头更能得到稳定的像最适合于测量用图像处理光学系统,但是大型化成本高物方远心境头只是物方主光线与镜头主轴平行工件上下变化,图像的大小基本不会变化使用同轴落射照明时的必要条件,小型化亦可对应像方远心境头只是像方主光线与镜头光轴平行相机侧即使有安装个体差,也可以吸收摄影倍率的变化用于色偏移补偿,摄像机本应都采用这种镜头三、远心光学系统的特色远心光学系统的特色::优点优点::更小的尺寸。
减少镜头数量,可降低成本。
缺点缺点::上下移动物体表面时,会改变物体尺寸或位置。
优点优点::上下移动物体表面时,不会改变物体尺寸或位置。
使用同轴照明时。
数码摄影的八大参数(精)

数码摄影的八大参数与传统相机一样,数码相机的各部件的性能参数影响着影像的生成效果,本章节的内容就是主要介绍影响数码相机拍摄品质的八个性能参数:1、数码相机的色彩深度2、数码相机的分辨率3、数码相机的光学镜头4、数码相机的镜头焦距5、数码相机的光圈与快门6、数码相机的白平衡7、数码相机的感光度8、数码相机的曝光补偿及曝光模式数码相机的色彩深度色彩深数也就是彩色位度,数码相机的彩色深度指标反映了数码相机能正确记录的色调有多少,色彩位数值越高,就越有可能真实地还原亮部及暗部的细节。
目前几乎所有的数码相机的色彩位数都达到了24位,可以生成真彩色的图象。
一些号称30或36位的数码相机,实际上也只有24位,目前商用级的数码相机CCD都是24位色彩位数。
这一指标目前并不是衡量数码相机的关键指标。
数码相机的分辨率正如传统的照片分辨率与相机所用“胶卷”有很大关系一样,数码相机所拍摄的图像的分辨率与它的“胶卷”――图像传感器有十分的关联,而其核心部件――成像光敏元件的运行直接影响到成像的分辨率。
目前使用的光敏元件有两种:一种是广泛使用的CCD(电荷耦合)元件;一种是新兴的CMOS(互补金属氧化物半导体)器件。
在相同分辨率下,CMOS比CCD便宜,但是CMOS光敏器件产生的图像质量要低一些。
CCD图像传感器由一种高感光度的半导体材料制成,能把光线转变为电荷,通过模数转换器芯片转换成数字信号,数字相机的CCD内含的晶体管数量越多,分辨率也越高。
CCD的分辨率——“像素数”常被用作划分数码相机档次的主要依据。
虽然如此,但正如颗粒度不能完全概括胶卷的成像质量一样,分辨率也不是评价CCD质量的唯一标准。
除了CCD的分辨率,色彩深度、芯片本身的制造水平等对最终成像质量也能带来不容低估的影响。
但与数码相机其它指标相比,分辨率依然是数码相机最重要的性能指标。
数码相机拍摄图像的像素数取决于相机内CCD芯片上光敏元件的数量,当然,相机的价格也会大致成正比地增加。
《机器视觉及其应用》习题

第一章机器视觉系统构成与关键技术1、机器视觉系统一般由哪几部分组成?机器视觉系统应用的核心目标是什么?主要的分成几部分实现?用机器来延伸或代替人眼对事物做测量、定位和判断的装置。
组成:光源、场景、摄像机、图像卡、计算机。
用机器来延伸或代替人眼对事物做测量、定位和判断。
三部分:图像的获取、图像的处理和分析、输出或显示。
2、图像是什么?有那些方法可以得到图像?图像是人对视觉感知的物质再现。
光学设备获取或人为创作。
3、采样和量化是什么含义?数字化坐标值称为取样,数字化幅度值称为量化。
采样指空间上或时域上连续的图像(模拟图像)变换成离散采样点(像素)集合的操作;量化指把采样后所得的各像素的灰度值从模拟量到离散量的转换。
采样和量化实现了图像的数字化。
4、图像的灰度变换是什么含义?请阐述图像反色算法原理?灰度变换指根据某种目标条件按照一定变换关系逐点改变原图像中每一个像素灰度值,从而改善画质,使图像的显示效果更加清晰的方法。
对于彩色图像的R、G、B各彩色分量取反。
第二章数字图像处理技术基础1、对人类而言,颜色是什么?一幅彩色图像使用RGB色彩空间是如何定义的?24位真彩色,有多少种颜色?对人类而言,在人类的可见光范围内,人眼对不同波长或频率的光的主观感知称为颜色。
一幅图像的每个像素点由24位编码的RGB 值表示:使用三个8位无符号整数(0 到255)表示红色、绿色和蓝色的强度。
256*256*256=16,777,216种颜色。
2、红、绿、蓝三种颜色为互补色,光照在物体上,物体只反射与本身颜色相同的色光而吸收互补色的光。
一束白光照到绿色物体上,人类看到绿色是因为?该物体吸收了其他颜色的可见光,而主要反射绿光,所以看到绿色。
3、成像系统的动态范围是什么含义?动态范围最早是信号系统的概念,一个信号系统的动态范围被定义成最大不失真电平和噪声电平的差。
而在实际用途中,多用对数和比值来表示一个信号系统的动态范围,比如在音频工程中,一个放大器的动态范围可以表示为:D = lg(Power_max / Power_min)×20;对于一个底片扫描仪,动态范围是扫描仪能记录原稿的灰度调范围。
艾菲特远心镜头参数简析

远心镜头参数简析远心镜头(Telecentric)是为纠正传统镜头视差而设计的一种高端镜头,相比一般镜头而言,它在放大倍率、畸变、视差、解析度等方面都具有绝对优势。
因此远心镜头多应用于高精度测量、度量计算等方面,下面从一些具体参数来了解远心镜头优势。
1.远心远心(Telecentricity)是指物体的倍率误差。
倍率误差越小,Telecentricity越高。
Telecentricity有各种不同的用途,在镜头使用前,把握Telecentricity很重要。
远心镜头的主光线与镜头的光轴平行,Telecentricity不好,远心镜头的使用效果就不好;Telecentricity可以用下图进行简单的确认。
2. 分辨率(μm)光学系能力的尺度,表示黑白格状图案通过镜头观察时,1mm中可以分辨观察到黑白条纹的最多对数。
分辨率为两点间在无法识别前,能靠近的最近距离测量值,例如1μm的分辨率代表两点间在无法识别前,能靠近的最近距离为1μm。
3. 分辨力(Lines/mm)分辩力指黑白网线图镜头里影像内1mm面积,可识别的黑白两色条纹数。
分辨力的单位为线条/mm,例如100线条/mm代表可识别黑白间距1/100mm(10μm)。
黑白线条的宽度为1/200mm(5μm)。
4. 水平TV分辨率(TV线条)宽度里的黑白水平线总条数,相当于电视机屏幕垂直高度的高度值。
屏幕的垂直与水平长度比率通常为3:4,因此水平宽度里的总条数为3/4。
电视机水平分辨率为240TV条线,电视机屏幕水平宽度的总条数为320条线。
测量镜头的分辨率时,一组黑色与白色线条应视为一条线,但是在电视机分辨率线条方面,一组视为2TV线条。
5. 失真(%)失真为光学轴外的直型物体,呈现曲线时的镜头像差。
镜头失真也称为镜头畸变,即光学透镜固有的透视失真的总称,可分为枕形失真和桶形失真,直线朝向中心的失真情况为枕形失真(Pincushion Distortion),向外扩张的失真称为桶形失真(Barrel Distortion)。
数码相机的分辨率

数码相机的分辨率我们在购买数码相机时,分辨率是一个很重要的指标。
早年的数码相机分辨率很低,如CASIO的QV-10不到10万像素(320X240)、18万像素的KODAK DC20(493X373)其分辨率还比不上现在的摄像手机和摄像头。
经过近十年的发展,数码相机的分辨率不断增高,目前已经超过1千万像素。
就以上述帖子里所举的A70相机设置为2048X1536X16M来说,这就是300万像素。
2048X1536就是说在宽度方向有2048个像素,在高度方向有1536个像素。
2048X1536=3145728,我们就称其为300万像素(因为1K=1024,1M=1048576)。
而后面的16M是指颜色深度。
每个像素是有颜色的,而每像素的颜色用3个BYTE来记录,分别是红,绿,蓝。
每BYTE可以记录256个层次,因此共可记录256X256X256=16777216种不同的颜色,即16M,也称为24位颜色深度。
因此,如果按RGB颜色记录一个2048X1536像素的图像文件,就要2048X1536X3=9437184个BYTE,即9MB,再加上文件头等其他信息,最终要大于9MB。
不过数码相机平时多数用JPG格式,这是一种有失真的,压缩比较大的图像文件格式,一般情况下,2048X1536像素的JPG文件根据其压缩比的不同文件尺寸也不同,大约在1-2MB左右。
同样也可以计算出1600X1200X16M等其他像素的文件大小。
由此可见,2048X1536X16M与1600X1200X16M的照片,包含的像素点是不一样的,也就是说其信息含量是不一样的。
如果用同样的输出分辨率来打印照片,得到的照片大小是不一样的,反过来,如果输出同样大小的照片,照片上单位长度里的像素点数是不一样的,也就是照片的细腻程度是不一样的。
打印机和数码冲印从上面的讨论中我们可以看出,数码相机的分辨率并非真正的分辨率(Resolution),而是像素数(Pixel)。
摄影中你该了解的摄影常用术语

摄影中你该了解的摄影常用术语虽然你不是什么专业的摄影师,也许你用单反只是为了拍一些好看的照片,也许你是一个还没入门的摄影爱好者。
但是,一些单反摄影的常用术语还是需要了解的。
想要拍摄好的作品,基础知识十分重要哦,下面整理了一下摄影常用术语,供你学习参考。
焦距:从镜头的中心点到胶片平面其它感光材料上所形成的清晰影像之间的距离。
焦距通常以毫米mm为单位,一般会标在镜头前面,例如我们最常用的是27-30mm、50mm也是我们所说的”标准镜头”,指对于35mm的胶片、70mm等长焦镜头。
色温:对光线色彩的数据描述,以K为单位。
感光度:感光度表示的是影像传感器对光线的敏感程度。
感光度以ISO加数字表示,数字越高,感光度越高,影像传感器对光线就越敏感。
要注意,根据数码相机的成像原理,感光度越高,照片的噪点越多,画质也就越差。
分辨率:数码相机的照片是由无数的“像素点”排列而成。
所谓“分辨率”就是对这些像素点的排列方式的设置。
分辨率越高,也就是相机的像素数越多,一般而言画面就越清晰。
像素:简单来说就是CCD/CMOS上光电感应元件的数量,一个感光元件经过感光,光电信号转换,A/D转换等步骤以后,在输出的照片上就形成一个点,我们如果把影像放大数倍,会发现这些连续色调其实是由许多色彩相近的小方点所组成,这些小方点就是构成影像的最小单位“像素” 。
微距镜头:微距镜头是一种用作微距摄影的特殊镜头,主要用于拍摄十分细微的物体,如花卉、昆虫等。
广角镜头:广角镜头是一种焦距短于标准镜头、视角大于标准镜头、焦距长于鱼眼镜头、视角小于鱼眼镜头的摄影镜头。
广角镜头又分为普通广角镜头和超广角镜头两种。
广角镜头可以将范围很大的景物都拍到照片中,焦距越小,能够拍到的范围越广。
防抖功能:防抖功能分为光学防抖和电子防抖两种,现在提到的防抖功能以光学防抖为主。
光学防抖功能通过内置在相机或镜头的陀螺仪感知微小的位移,之后根据位移对镜头中的镜片或相机的影像传感器进行反向移动以抵消位移带来的影响。
投影机的技术指标
投影机的技术指标投影机是一种可以将图像、视频或文本等多媒体内容通过投影方式显示在大屏幕上的设备。
它在教育、商务、娱乐等领域得到广泛应用。
为了满足不同应用场景的需求,投影机的技术指标也变得多样化。
下面将介绍投影机的技术指标,包括分辨率、亮度、对比度、投影距离、镜头类型和可调焦距离等。
1.分辨率:投影机的分辨率是指其显示屏幕上像素点的数量。
投影机的常见分辨率有SVGA(800×600)、XGA(1024×768)、WXGA(1280×800)、1080p(1920×1080)和4K(3840×2160)等。
分辨率越高,投影图像的细节越清晰。
3.对比度:投影机的对比度是指显示最亮和最暗部分之间的差异。
对比度越高,图像的细节和色彩表现更加丰富。
常见的对比度比如2000:1、3000:1等。
4.投影距离:投影机的投影距离是指从投影机到投影屏幕之间的垂直距离。
投影距离根据投影机的型号和镜头类型而有所不同。
投影机通常有近投和远投两种模式,适用于不同的安装环境。
5.镜头类型:投影机的镜头类型分为固定镜头和变焦镜头两种。
固定镜头的投影机需要根据投影距离选择合适的投影机型号。
而变焦镜头的投影机可以通过调节焦距来适应不同的投影距离需求。
6.可调焦距离:可调焦距离是指投影镜头能够调节的视距范围。
较大的可调焦距离使得投影机更加灵活,可以适应不同的投影距离需求。
7.投影比例:投影比例是指投影图像的宽高比。
常见的投影比例有4:3和16:9等。
投影比例的选择取决于投影环境和观众需求。
8.显示技术:投影机的显示技术包括液晶、DLP和LCoS等。
液晶投影机使用液晶面板通过光学透光来显示图像,DLP投影机通过使用数字微镜像芯片来显示图像,而LCoS投影机则使用液晶晶体片和反射光来显示图像。
9.输入接口:投影机的输入接口决定了它可以连接的设备类型。
常见的投影机输入接口包括HDMI、VGA、USB和网络接口等。
视觉选型参数说明
放大倍率光学透镜性能参数,是指物体通过透镜在焦平面上的成像大小与物体实际大小的比值。
在相机镜头中,一般会标称“最大放大倍率”,指该镜头在:1.最大焦距(定焦头焦距恒定);2.清晰成像的最近拍摄距离;两个条件下的放大倍率值。
这时的放大倍率值是这个镜头放大倍率的最大值。
例如:某70-200mm焦段的镜头标称放大倍率为1/6.5,是指该镜头在200mm焦段、能清晰成像的最短拍摄距离拍摄时,焦平面上的成像与被摄物体实际大小的比值为1/6.5。
大多数相机镜头的放大倍数是小于1的,也就是说大多镜头的成像其实是缩小的。
分辨率(resolution)分辨率(港台称之为解释度)就是屏幕图像的精密度,是指显示器所能显示的像素的多少。
由于屏幕上的点、线和面都是由像素组成的,显示器可显示的像素越多,画面就越精细,同样的屏幕区域内能显示的信息也越多,所以分辨率是个非常重要的性能指标之一。
可以把整个图像想象成是一个大型的棋盘,而分辨率的表示方式就是所有经线和纬线交叉点的数目。
景深(depth of field)景深示意图景深是指在摄影机镜头或其他成像器前沿着能够取得清晰图像的成像景深相机器轴线所测定的物体距离范围。
在聚焦完成后,在焦点前后的范围内都能形成图像二值化图像的二值化处理就是将图像上的像素点的灰度值设置为0或255,也就是讲整个图像呈现出明显的黑白效果。
将256个亮度等级的灰度图像通过适当的阀值选取而获得仍然可以反映图像整体和局部特征的二值化图像。
在数字图像处理中,二值图像占有非常重要的地位,首先,图像的二值化有利于图像的进一步处理,使图像变得简单,而且数据量减小,能凸显出感兴趣的目标的轮廓。
其次,要进行二值图像的处理与分析,首先要把灰度图像二值化,得到二值化图像。
所有灰度大于或等于阀值的像素被判定为属于特定物体,其灰度值为255表示,否则这些像素点被排除在物体区域以外,灰度值为0,表示背景或者例外的物体区域。
“像素”(Pixel) 是由 Picture(图像) 和 Element(元素)这两个单词的字母所组成的,是用来计算数码影像的一种单位,如同摄影的相片一样,数码影像也具有连续性的浓淡阶调,我们若把影像放大数倍,会发现这些连续色调其实是由许多色彩相近的小方点所组成,这些小方点就是构成影像的最小单位“像素”(Pixel)。
相机解析度测试方式
数码相机分辨率测试详细介绍Post By:2008-11-19 21:49:21ISO 12233分辨率测试标板,这是专门用于测试数码相机的分辨率使用的。
此主题相关图片如下:f01.jpg该标板的使用方法比较简单,但是方法不对,结果就完全不同。
一、拍摄距离需要按照下图的框线位置来取景,将该区域全部容纳在取景器内:此主题相关图片如下:f02.jpg目前许多不能更换镜头的数码相机都是4:3的比例,而DSLR则多为3:2的传统135画幅比例;16:9和1:1的画幅比较少见。
二、使用中的常见错误1、拍摄距离不合适如果测试标板只占画面的一小部分,那么显然分辨率被缩小;同样,如果只拍摄中间一小部分,那么分辨率被夸大了。
比如拍摄这样一个局部画面,那么该镜头的解像力已经达到或者超过测试标板的极限了。
此主题相关图片如下:f03.jpg压缩全图此主题相关图片如下:f04.jpg局部未压缩2、支撑的三脚架不够稳固由于标板有许多细节,任何抖动都会得出截然不同的结论。
这里是同一个镜头拍摄,但是使用不同的ISO。
此主题相关图片如下:f05.jpgISO 100,f/2.8此主题相关图片如下:f06.jpgISO 400,f/2.8所以在测试过程中需要反复多拍摄一些,结果出来后,需要经过仔细分析,贸然下结论,只能是吓了自己,误导他人。
测试分辨率简单的说就是量度、计算影像从清晰--> 模糊之间的转换点。
受限于光学、材料和其它种种的因素,每一个镜头、每一台数字相机都有其分辨能力的极限。
分辨率测试就是应用科学的方法将这个极限找出来。
首先,我们来看看几个重要的基础理论。
为了可以清楚的计算分辨率的数据,目前使用历史最悠久,也同时是最多人采用的就是MTF = Modulation Transfer Function为基础的测试程序。
MTF主要是引进反差对比的概念来检定镜头分辨率,使用者必须对「空间频率/ Spati al frequency」这个概念进行了解。
完美神器!佳能EF200F2L IS USM镜头测评
完美神器!佳能EF200F2L IS USM镜头测评我们相信,这个世界处处充满了神奇,生活处处都有神话。
而在摄影器材界,如果说镜头类器材里只有那么一个“神器”的话,那么佳能EF 200mmF2L IS USM这支镜头当属首推!而说起这支发布于2007年的佳能“白色大炮”,就不得不从它的前身说起。
今天的主角——佳能EF 200mmF2L IS USM镜头1988年,佳能推出了一只可以被载入史册的超级定焦镜头EF 200mm F1.8L USM,它的出现进一步巩固佳能的龙头地位,体现了佳能公司顶尖的光学设计能力。
佳能EF 200mm F1.8L USMEF 200mm F1.8L USM它既是一支超级的长焦,更是一款普通人可望而不可求的光学神器,是佳能最高光学设计能力的象征。
3000克的体重和130×208mm魁梧的身材,使这支镜头显得霸气十足,使用它的发烧友们被戏称为218突击队。
当时它的身材对使用者的体能和臂力也提出很大要求。
它采用了12片10组的光学构成,视角范围12°,使用48mm的后置式滤色镜片。
整体金属材质打造的镜桶厚重踏实,象牙白的烤漆牢固精美且触摸舒适,在镜桶上设有极为实用的对焦行程控制开关,用户可以在2.5m-∞、5m-∞、和2.5m-5.0m三个对焦行程区段上预先作出选择,节省对焦时间更进一步提高对焦精度。
EF 200mm F1.8L USM曾是世界上最快速的200mm远摄镜头。
它使用了当时最高级别的环形USM 超声波马达,扭矩和动力指标都属一流!对焦迅捷果断,即使在弱光环境下表现依然堪称完美。
由于使用了3片UD镜片能有效地减低残留色差,无论在任何光圈下,影像都清晰明锐。
特别设计的光学系统令背景虚化照片更突出。
超长焦大光圈带来的空间分割能力和奶油般相互浸润的背景虚化效果让人着迷,在F1.8最大通光量时这支镜头便有着极佳的光学表现,光圈收一档后,在F2.0时光学品质趋于完美,不仅解析能力惊人,细节刻画更是纤毫必现,而且质感再现相当优越。
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镜头分辩率及高清摄像机镜头选择 摘要:本文讨论镜头的分辨率和镜头的MTF函数,以及高清摄像机镜头选择。 目前百万像素高清摄像机已越来越多地应用于监控,有1百万像素摄像机、2百万像素摄像机、5百万像素摄像机。摄像机的像素高是图像清晰的一个方面,另一方面高像素感光元也要配以高分辨率的镜头才能使高清摄像机的能力得以体现。
镜头分辩率 镜头的分辩率是指在成像平面上1毫米间距内能分辨开的黑白相间的线条对数,单位是“线对/毫米”(lp/mm,line-pairs/mm)。 镜头对黑白等宽的测试线对图并不是无限可分辨的。当黑白等宽的测试线对密度不高的时候,成像平面处黑白线条是很清晰的。当黑白等宽的测试线对密度提高时,在成像平面处还是可以分辨出黑白线条,但是白线已不是那么白了,黑线也不是那么黑了,白线黑线的对比度就会下降。当黑白等宽的测试线对密度提高到某一程度,在成像平面处黑白线的对比度非常小,黑白线条都变成了灰的中间色了,这就到了镜头分辨的极限。参见图一。
图1 好的镜头和差的镜头的分辨率是有很大不同的。测试镜头分辨率的一种方法是将待测镜头装在一个胶片照相机上。去拍摄黑白条纹图(分辨率图版),然后用高倍放大镜(镜头分辨率检测仪)检测底片上每毫米范围内能清晰分辨的线条对数,能分辨得越多则分辨率越高。按照我国照相机检测标准(JB745-65),一般135照相机的镜头中心视场达到37线对/毫米、边缘视场达到22线对/毫米,就算是一级镜头。 用数线条的方法确定分辨率是一种方法,还有一种更为客观的方法是测量镜头的MTF函数。 MTF (modulation transfer function 调制传递函数) 以此来反映镜头的反差和分辨率 被测的黑白条纹图(分辨率图版)白线最亮处与黑线最暗处的差别,反映了被测图形的反差(或称对比度)。设白线最大亮度为Imax,黑线最小亮度为Imin,我们用调制度(Modulation)来表示反差的大小。调制度M定义如下: M=(Imax-Imin)/(Imax+Imin) 同样通过镜头成像的图形白线最亮处与黑线最暗处的差别,反映了成像图形的反差(对比度)。设白线最大亮度为I*max,黑线最小亮度为I*min,调制度M*如下: M*=(I*max-I*min)/(I*max+I*min) 如果原来图像的调制度M和经过镜头后成像的调制度M*,那么MTF值为: MTF=M*/M 当然我们希望原来图像的调制度M和经过镜头后成像的调制度M*能“原汁原味”M*=M即 MTF=1。这时经过镜头后成像的反差(对比度)和原图像一样,但实际情况是经过镜头成像的M*要小于原来图像的M。当被测的黑白条纹图密度不高时,M*和M几乎相等。随着被测的黑白条纹图密度逐渐提高时,I*max和I*min 会逐渐接近,M*会逐渐变小,直到为0,MTF也同样逐渐变小,直到为0。 当我们改变测试图的黑白条纹图密度时,所成图像的条纹密度即所代表的分辨率或称每毫米线对(lp/mm)也在改变。 将lp/mm值作为横坐标将镜头MTF值作纵坐标连成图,我们就得到了 MTF-lp/mm图,参见图二。
图2 在图二中最上面是一组逐渐变密的黑白测试线条,中间是一组通过镜头成像的线条,下图中红色曲线就是镜头所成图像的亮度变化曲线,蓝色曲线就是MTF-lp/mm曲线。当黑白线条很粗时(分辨率很低<10 lp/mm)测试图和成像的黑白线条的亮度一样,都很黑或很白,体现在红色曲线就是曲线上下幅度很大,蓝色这部分MTF-lp/mm曲线都接近100%。当测试线条变密通过镜头成像的白线条就会变暗,黑线条也不怎么黑了,看40lp/mm处,代表黑白亮度的红线幅度变小,即反差变小(I*max-I*min),调制度M*变小,所以蓝色的MTF值下降到50%。进一步提高黑白测试线条密度,如上图的接尾处200 lp/mm代表黑白亮度的红线幅度变得非常小,趋于黑白的中间值,成像的黑白线已经很不分明而成了中间的灰色,蓝色曲线的MTF=3%,到了这个镜头的分辨率极限。 人眼对反差5%时尚能察觉,对反差低于2%时就不能察觉了。所以一般选定MTF值为3%时的lp/mm值作为镜头的目视分辨率。 在上图中有一条水平红虚线MTF=10% 和蓝线相交处的分辨率大约是120lp/mm。 分辨率在较低(如10 lp/mm)时的MTF值反映了镜头的透光性、反差、对比度。好的镜头能达到95%以上,如图三中MTF图的红色曲线所代表的镜头和图四的实例。如果分辨率在10 lp/mm时MTF较小的,如图三中MTF图的绿色曲线所代表的这个镜头,10 lp/mm处的MTF=84%,它的透光性、反差对比度就都会比较差,实例看图五。红色曲线代表的镜头和绿色曲线代表的镜头虽然最后的分辨率差不多,但红色曲线代表的镜头的透光性、反差、对比度要比绿色曲线代表的镜头好很多。
图3红线代表的镜头反差要比绿色的好 图4 分辨率=10 lp/mm时MTF值大反映镜头的透光性好,镜头反差大,对比度大
图5 分辨率=10 lp/mm时MTF值小反映镜头的透光性较差,镜头反差小,对比度小 在分辨率较高,比如30 lp/mm时的MTF值反映了镜头的分辨率,好的镜头要在70%以上,而普通镜头就在40%以下了。如图六中红线代表的镜头在30 lp/mm处MTF=80%,装在高清摄像机上能看到1000线,见图七,而如图六中紫色线代表的镜头在30 lp/mm处MTF=48%,装在高清摄像机上能只看到500线,参见图八,
图6 红线代表的镜头分辨率要比紫色的好 图7 30 lp/mm时MTF值高镜头的分辨率就高,看测试卡能到1000线
图8 30 lp/mm时MTF值低镜头的分辨率就低,看测试卡只能到500线 常见的MTF图 上面的MTF图是镜头中心处的MTF值随分辨率lp/mm变化的曲线图。但MTF还和很多因素有关。测试时镜头的光圈,测试点偏离中心的距离。 另外测试黑白线条是平行于径线(弧矢方向),还是垂直径线即切线方向(子午方向meridional一般标M),MTF值都不一样。
图9 距离镜头中心不同点MTF不一样,测试条纹平行或垂直于径线MTF也不一样 镜头公司往往会以一个固定光圈,用10lp/mm分辨率的黑白线条,在偏离镜头中心不同距离处测试MTF值,来表示镜头中心外其他各点反差特性。当然也会用30 lp/mm在偏离镜头中心不同距离处测试MTF值,来表示镜头中心外其他各点的分辨率特性。 这种MTF图一般是F=8(光圈值为8)时测得(MTF一般在F=8最好)。有两组曲线,一组是10lp/mm用粗线表示,另一组是30lp/mm用细线表示。每组曲线有两条,弧矢方向(测试黑白线条是平行于径线)测得的MTF曲线一般用实线表示,子午方向(测试黑白线条是垂直于径线)测得的MTF曲线一般用虚线表示,总共4条曲线。 图十是某镜头距中心不同距离(mm)处的MTF图。由图中线条我们可以看出,代表反差(10 lp/mm)的蓝色粗线很高,接近于0.97,说明该镜头在F8的最佳光圈处有着非常好的反差。代表分辨率(30 lp/mm)的蓝色细线也在0.86以上,说明此光圈下分辨率也极优。蓝色曲线直到距离中心18毫米左右依然平直、仅在边缘略有下降,说明该镜头在整个成像范围内有着一致的特性,边角分辨率略有一点下降。实线与虚线距离很近,反映出该镜头像散也很小。对于MTF图的判读可以归纳出以下几点: 1、10 lp/mm的低频曲线反映了镜头的反差特性,这条曲线越高代表镜头反差大。 2、30 lp/mm的高频曲线反映镜头分辨率特性,这条曲线越高代表镜头分辨率越高。 3、弧矢曲线与子午曲线越接近两者距离越较小,代表镜头像散越小。 4、MTF曲线越平直越好,越平直越说明边缘与中间一致性好。 图10 高清摄像机镜头选择 高清摄像机的像素都在百万以上,但是要充分体现高清摄像机百万像素的性能还需要与之相匹配的高清镜头。那么怎么选择高清镜头呢。 我们知道了一个镜头有它的最高分辨率N lp/mm,那么根据纳奎斯特采样定理,至少需要配以2N/mm个空间采样点。这个可以这样来理解,1mm内有N条黑白线对,那么就有N条白线和N条黑线总共2N条线。以摄像机的一个感光元对应以一条白线或黑线,那么摄像机在1mm内需要有2N个感光元来对应N条白线和N条黑线,摄像机的感光元密度就是 2N/mm,参见图十一。 图11 这时摄像机感光元件的分辨率和镜头的分辨率正好匹配,谁都没有浪费。同样如果一个摄像机每毫米的像素密度是M点(pixel/mm),那么应该选择一个分辨率是M/2 lp/mm的镜头。下面我们举一个例子: 有一个2百万像素摄像机,像素数为1600×1200=1920000,感光面尺寸是 1/2吋。我们知道1/2吋的感光面它水平尺寸是6.4mm、垂直尺寸是4.8mm,它的水平像素密度是1600/6.4=250 pixel/mm,垂直像素密度是1200/4.8=250 pixel/mm,感光像元尺寸是4um×4um。水平像素密度和垂直像素密度一样,像素是正方形的,如果像素不是正方形的镜头分辨率应参考像素密度高的。在这里水平像素密度和垂直像素密度都是250 pixel/mm,所以镜头分辨率应选125 lp/mm。 如果一个2百万像素摄像机感光面尺寸是 1/3吋,1/3吋的感光面它水平尺寸是4.8mm,垂直尺寸是3.6mm,它的水平像素密度是1600/4.8=333.3 pixel/mm,垂直像素密度是1200/3.6=333.3 pixel/mm,所以镜头分辨率应选167 lp/mm。 通过上面例子我们还看到,一个标为1/2吋的2百万像素镜头不适合于1/3吋的2百万像素感光面,这一点要有所区别和重视。1/2吋的2百万像素镜头分辨率是125 lp/mm,去用于1/3吋的4.8mm×3.6mm感光像面,在水平方向有125×4.8=600线对,对应了1200像元,在垂直方向有125×3.6=450线对,对应了900像元。1200×900=1080000差不多是一百十万像素。所有把一个标为1/2吋的2百万像素镜头用于1/3吋的感光面时只能适合一百万像素的感光面,或者说只能当1百万像素镜头用。所以光讲百万像素镜头,不讲适用感光元件的尺寸可能信息并不完全,因此对镜头分辨率的描述还是 lp/mm比较准确。 有时摄像机的指标会给出感光像元的尺寸L(mm),那么所对应镜头分辨率的黑白线宽应该都是L(mm),所以黑白两条线对应的一条线对的宽度是2L (mm),那么其倒数1/(2L)(lp/mm)就是镜头的分辨率。比如一个摄像机标出感光元的尺寸是4um,那么所选镜头的极限分辨率线宽(白线或黑线)也应该是4um ,一对黑线白线的宽度2×0.004 mm,镜头的分辨率就是1/(2×0.004)=125 lp/mm。