cookieOptions = {...}; ‧ 關於鏡頭解析度相關問題的研究 - 3S Market「全球智慧科技應用」市場資訊網

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2015年8月31日 星期一

來源:CPS中安網 作者:肖斌

隨著影像監控領域向高清化發展,監控鏡頭也隨之向高清化發展,出現了所謂的高清鏡頭,但對於高清鏡頭,市場上並沒有明確的定義,廠家也通常會混淆一些概念。

本文從根本上論述了鏡頭像素、解析度、圖像解析度、電視線數(TVL),以及它們之間的相互關係,可以為攝影機設計,以及鏡頭搭配提供理論上的指引。

一、鏡頭解析度與像素的對應關係
首先需要說明的是:對於鏡頭本身而言,並沒有所謂像素的概念。鏡頭出廠時,廠家一般均會採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析度指標,是以lp/mm來表示,即每毫米可以解析的線對數(line pair),該指標與除了鏡頭外的其他成像單元無關。如下圖所示:
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,而是換以更直接的1MP2MP3MP這樣的標識,因為lp/mm這個指標過於專業,一般用戶可能無法理解,不如直接標像素來的直接。那麼,lp/mm與鏡頭標定的像素與之間是如何對應的呢?

從鏡頭廠家那邊瞭解到,他們一般是以1/2.8"的感測器作為標的來進行換算的,比如:IMX222IMX222的像素點尺寸為2.8um,最大有效像素為1920x1200,這樣我們就可以算出它的靶面尺寸大概為
1920 x 2.8um = 5.376mm1200 x 2.8um = 3.36mm

我們以IMX222作為標的,可以大致算出鏡頭像素與lp/mm的對應關係如下:
  
對於標稱是1MP的鏡頭,它對應的解析度應該為1280x720=921600,這樣就可以大致算出它所對應的lp/mm值為
720 / (2 x 3.36mm) = 107 lp/mm

標稱為1.3MP的鏡頭,它對應的解析度應該為1280x960=1228800,它所對應的lp/mm值為 960 / (2 x 3.36mm) = 143 lp/mm
  
標稱為2MP的鏡頭,它對應的解析度應該為1920x1080=2073600,它所對應的lp/mm值為1080 / (2 x 3.36mm) = 160 lp/mm

標稱為3MP的鏡頭,它的解析度應該為2048x1536=3145728
它所對應的lp/mm值為1536 / (2 x 3.36mm) = 228 lp/mm

標稱為5MP的鏡頭,它的解析度應該為2592x1944=5038848
它所對應的lp/mm值為1944 / (2 x 3.36mm) = 289 lp/mm

標稱為6MP的鏡頭,它的解析度應該為3096x2048=6340608,它所對應的lp/mm值為2048/ (2 x 3.36mm) = 304 lp/mm
  ……

通過上面的定量計算,我們就可以大致瞭解鏡頭像素與解析度之間的對應關係。

二、鏡頭解析度與電視線數(TVL)的對應關係
那麼鏡頭解析度與攝影機的解析度,以及電視線數之間又有什麼關係呢?要回答這個問題,我們先要明確攝影機的分類標準。

攝影機按圖像尺寸不同可分為:
A 類:標清攝影機,圖像格式水準和垂直像素數兩項均小於等於768x576

B 類:準高清攝 ,圖像格式水準和垂直像素數兩項均大於768x576且有一項小於1920×1080

C 類:高清攝影機 ,圖像格式水準和垂直像素數兩項均大於等於1920×1080
  
按圖像尺寸類別,攝影機的中心分辨力應滿足:
A 類:水準分辨力400 線,垂直分辨力380
B 類:水準分辨力600 線,垂直分辨力600
C 類:水準分辨力800線,垂直分辨力800
  
目前比較常用的兩種高清攝影機的解析度分別是1280x720(1MP)1920x1080(2MP),按照攝影機分類標準,他們分別屬於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。

這裡所說的線,是指TV Line,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度有關係,還跟感測器的解析度有關。TV Linelp/mm的對應關係如下:
  
TV Line = lp/mm x 2 x 感測器的靶面高度 = lp/mm x 2 x 感測器垂直解析度 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TV Line黑白算兩條線,之所以要乘以感測器的高度而不是寬度,是因為該指標是TV(Line)而不是列(Column)

感測器的靶面高度,又可以由感測器的垂直解析度,與像素點尺寸相乘得到,這樣我們就可以得到鏡頭解析度與圖像解析度,以及電視線數之間的對應關係。
  
三、相關計算
下面我們通過定量的計算,來驗證一下。以Aptina MT9M034為例,該感測器的靶面高度為3.6mm,最大解析度為1280x960,像素點尺寸為3.75um,如下圖所示:

2 MT9M034實體尺寸


                                                                                                                                                                                                                            

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