監(jiān)控鏡頭分辯率及高清攝像機(jī)鏡頭的選擇

左側(cè)為圖7 右側(cè)為圖8

30 lp/mm時(shí)MTF值高鏡頭的分辨率就高，看測(cè)試卡能到1000線

30 lp/mm時(shí)MTF值低鏡頭的分辨率就低，看測(cè)試卡只能到500線

常見的MTF圖

上面的MTF圖是鏡頭中心處的MTF值隨分辨率lp/mm變化的曲線圖。但MTF還和很多因素有關(guān)。測(cè)試時(shí)鏡頭的光圈，測(cè)試點(diǎn)偏離中心的距離。

另外測(cè)試黑白線條是平行于徑線(弧矢方向)，還是垂直徑線即切線方向(子午方向meridional一般標(biāo)M)，MTF值都不一樣。

距離鏡頭中心不同點(diǎn) MTF不一樣，測(cè)試條紋平行或垂直于徑線MTF不一樣

鏡頭公司往往會(huì)以一個(gè)固定光圈，用10lp/mm分辨率的黑白線條，在偏離鏡頭中心不同距離處測(cè)試MTF值，來表示鏡頭中心外其他各點(diǎn)反差特性。當(dāng)然也會(huì)用30 lp/mm在偏離鏡頭中心不同距離處測(cè)試MTF值，來表示鏡頭中心外其他各點(diǎn)的分辨率特性。

這種MTF圖一般是F=8(光圈值為8)時(shí)測(cè)得(MTF一般在F=8最好)。有兩組曲線，一組是10lp/mm用粗線表示，另一組是30lp/mm用細(xì)線表示。每組曲線有兩條，弧矢方向(測(cè)試黑白線條是平行于徑線)測(cè)得的MTF曲線一般用實(shí)線表示，子午方向(測(cè)試黑白線條是垂直于徑線)測(cè)得的MTF曲線一般用虛線表示，總共4條曲線。

圖十是某鏡頭距中心不同距離(mm)處的MTF圖。由圖中線條我們可以看出，代表反差(10 lp/mm)的藍(lán)色粗線很高，接近于0.97，說明該鏡頭在F8的最佳光圈處有著非常好的反差。代表分辨率(30 lp/mm)的藍(lán)色細(xì)線也在0.86以上，說明此光圈下分辨率也極優(yōu)。藍(lán)色曲線直到距離中心18毫米左右依然平直、僅在邊緣略有下降，說明該鏡頭在整個(gè)成像范圍內(nèi)有著一致的特性，邊角分辨率略有一點(diǎn)下降。實(shí)線與虛線距離很近，反映出該鏡頭像散也很小。對(duì)于MTF圖的判讀可以歸納出以下幾點(diǎn)：

1、10 lp/mm的低頻曲線反映了鏡頭的反差特性，這條曲線越高代表鏡頭反差大。

2、30 lp/mm的高頻曲線反映鏡頭分辨率特性，這條曲線越高代表鏡頭分辨率越高。

3、弧矢曲線與子午曲線越接近兩者距離越較小，代表鏡頭像散越小。

4、MTF曲線越平直越好，越平直越說明邊緣與中間一致性好。

高清攝像機(jī)鏡頭選擇

高清攝像機(jī)的像素都在百萬以上，但是要充分體現(xiàn)高清攝像機(jī)百萬像素的性能還需要與之相匹配的高清鏡頭。那么怎么選擇高清鏡頭呢。

我們知道了一個(gè)鏡頭有它的最高分辨率N lp/mm，那么根據(jù)納奎斯特采樣定理，至少需要配以2N/mm個(gè)空間采樣點(diǎn)。這個(gè)可以這樣來理解，1mm內(nèi)有N條黑白線對(duì)，那么就有N條白線和N條黑線總共2N條線。以攝像機(jī)的一個(gè)感光元對(duì)應(yīng)以一條白線或黑線，那么攝像機(jī)在1mm內(nèi)需要有2N個(gè)感光元來對(duì)應(yīng)N條白線和N條黑線，攝像機(jī)的感光元密度就是 2N/mm，參見圖十一。

這時(shí)攝像機(jī)感光元件的分辨率和鏡頭的分辨率正好匹配，誰都沒有浪費(fèi)。同樣如果一個(gè)攝像機(jī)每毫米的像素密度是M點(diǎn)(pixel/mm)，那么應(yīng)該選擇一個(gè)分辨率是M/2 lp/mm的鏡頭。下面我們舉一個(gè)例子：

有一個(gè)2百萬像素?cái)z像機(jī)，像素?cái)?shù)為1600×1200=1920000，感光面尺寸是 1/2?。晤U侵道1/2嫉母泄餉嫠水平尺寸是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樣，像素是正方形的，如果像素不是正方形的鏡頭分辨率應(yīng)參考像素密度高的。在這里水平像素密度和垂直像素密度都是250 pixel/mm，所以鏡頭分辨率應(yīng)選125 lp/mm。

如果一個(gè)2百萬像素?cái)z像機(jī)感光面尺寸是 1/3跡1/3嫉母泄餉嫠水平尺寸是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，所以鏡頭分辨率應(yīng)選167 lp/mm。

通過上面例子我們還看到，一個(gè)標(biāo)為1/2嫉2百萬像素鏡頭不適合于1/3嫉2百萬像素感光面，這一點(diǎn)要有所區(qū)別和重視。1/2嫉2百萬像素鏡頭分辨率是125 lp/mm，去用于1/3嫉4.8mm×3.6mm感光像面，在水平方向有125×4.8=600線對(duì)，對(duì)應(yīng)了1200像元，在垂直方向有125×3.6=450線對(duì)，對(duì)應(yīng)了900像元。1200×900=1080000差不多是一百十萬像素。所有把一個(gè)標(biāo)為1/2嫉2百萬像素鏡頭用于1/3嫉母泄餉媸敝荒蓯屎弦話僂螄袼氐母泄餉媯或者說只能當(dāng)1百萬像素鏡頭用。所以光講百萬像素鏡頭，不講適用感光元件的尺寸可能信息并不完全，因此對(duì)鏡頭分辨率的描述還是 lp/mm比較準(zhǔn)確。

有時(shí)攝像機(jī)的指標(biāo)會(huì)給出感光像元的尺寸L(mm)，那么所對(duì)應(yīng)鏡頭分辨率的黑白線寬應(yīng)該都是L(mm)，所以黑白兩條線對(duì)應(yīng)的一條線對(duì)的寬度是2L (mm)，那么其倒數(shù)1/(2L)(lp/mm)就是鏡頭的分辨率。比如一個(gè)攝像機(jī)標(biāo)出感光元的尺寸是4um，那么所選鏡頭的極限分辨率線寬(白線或黑線)也應(yīng)該是4um ，一對(duì)黑線白線的寬度2×0.004 mm，鏡頭的分辨率就是1/(2×0.004)=125 lp/mm。