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關于鏡頭解像力相關問題的研究

2015年09月09日 18:51$artinfo.Reprint點擊量:1496

  首先需要說明的是:對于鏡頭本身而言,并沒有所謂像素的概念。鏡頭出廠時,廠家一般均會采用“鏡頭檢測投影儀”這種設備,對鏡頭的解像力進行檢測。鏡頭檢測投影儀所體現的解像力指標,是以lp/mm來表示,即每毫米可以解析的線對數(linepair),該指標與除了鏡頭外的其他成像單元無關。如下圖所示:
  
圖1鏡頭檢測投影

  但一般鏡頭廠家在規格書中都不會明確標明這個指標,而是換以更直觀的1MP、2MP或3MP這樣的標識,因為lp/mm這個指標過于專業,一般用戶可能無法理解,不如直接標像素來的直觀。那么,lp/mm與鏡頭標定的像素與之間是如何對應的呢?從鏡頭廠家那邊了解到,他們一般是以1/2.8"的傳感器作為標的來進行換算的,比如:IMX222。IMX222的像素點尺寸為2.8um,zui大有效像素為1920x1200,這樣我們就可以算出它的靶面尺寸大概為:
  
  1920x2.8um=5.376mm,1200x2.8um=3.36mm
  
  我們以IMX222作為標的,可以大致算出鏡頭像素與lp/mm的對應關系如下:
  
  對于標稱是1MP的鏡頭,它對應的分辨率應該為1280x720=921600,這樣就可以大致算出它所對應的lp/mm值為
  
  720/(2x3.36mm)=107lp/mm
  
  標稱為1.3MP的鏡頭,它對應的分辨率應該為1280x960=1228800,它所對應的lp/mm值為
  
  960/(2x3.36mm)=143lp/mm
  
  標稱為2MP的鏡頭,它對應的分辨率應該為1920x1080=2073600,它所對應的lp/mm值為
  
  1080/(2x3.36mm)=160lp/mm
  
  標稱為3MP的鏡頭,它的分辨率應該為2048x1536=3145728,它所對應的lp/mm值為
  
  1536/(2x3.36mm)=228lp/mm
  
  標稱為5MP的鏡頭,它的分辨率應該為2592x1944=5038848,它所對應的lp/mm值為
  
  1944/(2x3.36mm)=289lp/mm
  
  標稱為6MP的鏡頭,它的分辨率應該為3096x2048=6340608,它所對應的lp/mm值為
  
  2048/(2x3.36mm)=304lp/mm
  
  ……
  
  通過上面的定量計算,我們就可以大致了解鏡頭像素與解像力之間的對應關系。
  
  二、鏡頭解像力與電視線數的對應關系
  
  那么鏡頭解像力與攝像機的分辨率以及電視線數之間又有什么關系呢?要回答這個問題,我們先要明確攝像機的分類標準。按照《安防視頻監控攝像機通用技術要求-征求意見稿-2011.12》中的規定:
  
  攝像機按圖像尺寸不同可分為:
  
  A類:標清攝像機,圖像格式水平和垂直像素數兩項均小于等于768x576
  
  B類:準高清攝像機,圖像格式水平和垂直像素數兩項均大于768x576且有一項小于1920×1080
  
  C類:高清攝像機,圖像格式水平和垂直像素數兩項均大于等于1920×1080
  
  按圖像尺寸類別,攝像機的中心分辨力應滿足:
  
  A類:水平分辨力≥400線,垂直分辨力≥380線
  
  B類:水平分辨力≥600線,垂直分辨力≥600線
  
  C類:水平分辨力≥800線,垂直分辨力≥800線
  
  目前比較常用的兩種高清攝像機的分辨率分別是1280x720(1MP)和1920x1080(2MP),按照攝像機分類標準,他們分別屬于B類和C類產品,那他們的中心分辨力分別需要達到≥600線和≥800線。這里所說的線,是指TVLine,該指標是從電視領域沿用下來的,是指畫面在某一方向上可以解析的線條數,該指標不僅跟鏡頭解像力有關系,還跟傳感器的分辨率有關。TVLine與lp/mm的對應關系如下:
  
  TVLine=lp/mmx2x傳感器的靶面高度=lp/mmx2x傳感器垂直分辨率x像素點尺寸
  
  其中x2的原因是lp/mm指每毫米的線對數,黑白算一對,而TVLine黑白算兩條線,之所以要乘以傳感器的高度而不是寬度,是因為該指標是TV行(Line)而不是列(Column)。傳感器的靶面高度又可以由傳感器的垂直分辨率與像素點尺寸相乘得到,這樣我們就可以得到鏡頭解像力與圖像分辨率以及電視線數之間的對應關系。
  
  三、相關計算
  
  下面我們通過定量的計算,來驗證一下。以MT9M034為例,該傳感器的靶面高度為3.6mm,zui大分辨率為1280x960,像素點尺寸為3.75um,如下圖所示:

 
圖2MT9M034物理尺寸
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