|
|
试论CCD摄像机的分辨率
9 L) p; ]2 B, _+ n
一、前言
+ Y& B+ e; _/ W) c7 y
2 e' }1 r* _7 H 大家都知道，分辨率是衡量成像器件与成像系统优劣的一个重要参数。一般，摄像机的分辨率是指当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹时，在监视器（比摄像机的分辨率要高）上能够看到的最多线数，当超过这一线数时，屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片，而不再能分辨出黑白相间的线条。因此，分辨率这一参数的正确与否尤其重要。
' u( z- t6 o* {& ~ U
' Q' N9 N, U+ W, i$ t8 H' }/ ~ 一般，固体摄像机的分辨率在镜头的分辨率与视频信号带宽（6MHz）保证的前提下，主要取决于图像传感器的像素数，但目前市场上对CCD摄像机的分辨率没有规范，说法不一，普遍报高，尤其对低解析度500×582象素的摄像机，若该摄像机的分辨率没有特殊的优化处理，其黑白的水平清晰度只能最高报到380TVL,但大多报到420TVL（甚至连彩色的也是），因此有必要统一认识，统一规范。下面就简要叙述一下分辨率的含义、表示法以及CCD摄像机（含其他固体摄像机，如CMOS摄像机）的常用分辨率的测试及一般计算公式，最后谈谈我们的建议。
% ^8 J" Q& B" I
+ ]0 }% e! N( D二、分辨率的表示法
! m: L9 S% p' G; n( p7 M
+ M# w4 l+ n' N8 V& ^3 \ 分辨率是摄像器件最重要的一个参数，因为它是指摄像器件对物像中明暗细节的分辨能力。分辨率一般有两种表示法。
1 o- _, |/ \. ~' p. o1 u1 t1 D
4 D5 H& m1 l+ G: ~: ` （1）极限分辨率
! A8 |$ g3 I' p& J: o- f
) O8 l U v, K2 V- R0 L0 a$ f2 C5 i 极限分辨率是在一定的测试条件之下定义的。当以一定性质的鉴别率图案（有100%对比度的专门的测试卡）投射到CCD光敏面时，在输出端观察到的最小空间频率（即用眼睛分辨的最细黑白条纹对数）就是该器件的极限分辨率。分辨率通常用每毫米黑白条纹对数（单位为线对/mm）或每帧高电视行数（单位为TVL）。摄像机指的清晰度多是用的TVL数。两种极限分辨率单位具有确定的换算关系。
' @: [" k$ T+ N6 F! h$ V2 T" @- I
2 G! ^) `& L6 X- [/ ?5 U CCD是离散采样器件，根据奈奎斯特采样定理，一个摄像器件能够分辨的最高空间频率等于它的空间采样频率的一半，这个频率称为奈奎斯特极限频率。如果某一方向上的象元间距为α，则该方向上的空间采样频率为1/α（线对/mm）。
9 R0 p9 P2 N& q4 t
( d$ Z( P' r% T# }' q6 l# ? CCD用极限TVL来表示更简单，即在某一方向的象元素就是极限TVL数。显然TVL数的一半与CCD光敏面的高度尺寸的比值，就是相对应的每毫米线对数（线对/mm）。所以，CCD的象数越高，其分辨率也越高。
6 I! k; B% C/ V& V3 A6 U' e! X8 i) R
5 v- X# i0 g) R1 ^
极限分辨率的表示方法虽有专门的测试卡测量而使用方便，但不客观科学。其原因是因为：
1 c- z' _6 m; r! |
1 V. ^. J, Q4 w9 z6 A( r# o ① 每个人的视觉不一样，观测值带有主观性；
1 t; A# {# q! ?6 A" K B# O5 v
( Y$ @1 W5 G; O6 i
② 测试卡的对比度与几何尺寸以及观测时的照度不一样，观测的结果也会有不同。如当被摄图像对比度低于30%时，观测的分辨率值就会明显下降；
# Y( O2 r6 ]7 Q/ x
# f1 G6 h% F- _# f% j
③ 观测的分辨率值是系统的总体特性，而不能分摊到各个部件上。
* ^* a" x% g% S5 s' U, i3 T4 [
& x4 a/ q. F. I5 }' L3 w: ` y( }# E
为此，目前国际上一般均采用调制传递函数（MTF）来表示分辨率。
0 T# r' U# h% z/ e; ?* h$ A
7 o* a5 O+ z8 Y0 p3 @ （2）调制传递函数（MTF）
T1 w4 s2 ~ J
" M9 [- U% i" N$ M& W/ |6 r: E 所谓调制传递函数，即输出调制度Mout与输入调制度Min之比。即
% K* X6 J- }4 L G8 `# D5 p 在调制恒定的条件下可或者说调制传递函数是调制度与空间频率的关系。如图1所示。当输入正弦光波（即一个确定的空间频率的物象投射在CCD上）时（1a），CCD的输出也将是随时间变化的一种正弦波（1b），设波峰为A，波谷为B，则可得调制度为:
- h3 J- H. [7 h
& G% V* Z9 d3 i ^' u 在调制恒定的条件下可或者说调制传递函数是调制度与空间频率的关系。如图1所示。当输入正弦光波（即一个确定的空间频率的物象投射在CCD上）时（1a），CCD的输出也将是随时间变化的一种正弦波（1b），设波峰为A，波谷为B，则可得调制度为:
$ E4 l8 v5 w+ a. @# |5 P/ Z
' F# F+ D1 I! J6 [& ]
以画出调制深度与空间频率的关系曲线，如图1c所示，通常用零空间频率下的值进行归一化，得到无量纲量即调制传递函数MTF。由图1C可知，MTF随空间频率的增高而减小。
2 ?( v7 ^/ f4 d. r4 T) |- g+ q* |
; E: J1 Y6 }8 G/ s' [8 f6 i
由上可知，由于MTF表示的是转移过程前后调制度M的比值，它与图像的形状、尺寸、对比度、照度等无关，因此是客观的科学的。而且由于MTF是正弦波空间频率振幅的响应。在给定的空间频率下，整个系统的MTF等于系统各部分MTF的乘积。即
$ E X0 P9 B+ s/ F! Z9 g
' R" i5 S0 ^7 E( C! R
MTF总 = MTF1·MTF2……MTFn
0 E7 B6 K4 ^/ p* t3 [- b' S
( x! X- m4 x% L2 K
值得提出的是，有时还用对比传递函数（CTF）来评价分辨率。所谓对比传递函数是方波空间频率振幅的响应。同MTF一样，CTF也随空间频率的增高而减小。CTF不能按各部分乘积来评价，但方波振幅响应容易测量，所以也常采用。
! w3 Q5 c8 l# u% o5 B: o5 z& u
; p( ]6 n. N5 N6 V3 l8 x. n0 b" n& U摄像机参数祥解
: q: b( b# z2 V1 ~8 P. x
问：什么是最低照度？什么是感光度？0.0001Lux代表什么？
1 c7 q1 ]% C0 Z. e+ w0 P4 d答：最低照度是测量摄像机感光度的一种方法，换句话说，摄像机能在多黑的条件下看到可用的影像。但是因为没有管理的国际标准，因此每个大型CCD制造商都有自己测量CCD感光度的方法。然而一个标注为（1Lux，F10）的摄像机能和标注为（0.01Lux，F10）的摄像机完全一样！！！奇怪吗？为什么呢？
0 j# e/ E1 \* ~ |* m3 \
; f4 Q" J/ Z& Q
问：F2.0、f3.4毫米代表什么意思？我如何通过这些数字来选择镜头？
& Q& I3 {5 X# r4 l! [
答：F表示镜头的孔径，F停止2:1和f3.4毫米表示镜头的焦距是3.4毫米。
1 M- C" G6 v. R' _0 b镜头F2.0和f3.4~4采用非常经济的形式，应此价格较低，广泛应用于单 |
|
IP卡
狗仔卡
发表于 2007-4-17 01:29:29
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
显身卡
