镜头的分辨率解析

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1、.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

2、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

3、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（modulationtransferfunction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（Modu

4、lation）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

5、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

6、，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<10lp/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200lp/mm代表黑白

7、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10lp/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10lp/mm时MT

8、F较小的，如图三中MTF图的绿色曲线所代表的这个镜..头，10lp/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