镜头分辨率的计算和理解
镜头分辨力 计算和理解
1、镜头分辨率
镜头的分辨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 )
最小能分辨的尺寸是线对数的2倍倒数。
例如:镜头分辨率是100 lp/mm,最小能分辨的尺寸是 1/(100*2)=0.005mm。
一个镜头有它的最高分辨率N lp/mm,那么根据纳奎斯特采样定理,至少需要配以2N/mm个空间采样点。这个可以这样来理解,1mm内有N条黑白线对,那么就有N 条白线和N条黑线总共2N条线。以摄像机的一个感光元对应以一条白线或黑线,那么摄像机在1mm内需要有2N个感光元来对应N条白线和N条黑线,摄像机的感光元密度就是 2N/mm。
这时摄像机感光元件的分辨率和镜头的分辨率正好匹配,谁都没有浪费。同样如果一个摄像机每毫米的像素密度是M点(pixel/mm),那么应该选择一个分辨率是M/2lp/mm的镜头。下面我们举一个例子:
有一个 200万像素摄像机,像素数为1600×1200=1920000,感光面尺寸是1/2 吋。我们知道1/2吋的感光面它水平尺寸是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样,像素是正方形的,如果像素不是正方形的镜头分辨率应参考像素密度高的。在这里水平像素密度和垂直像素密度都是 250pixel/mm ,所以镜头分辨率应选 125 lp/mm。
如果一个 2 百万像素摄像机感光面尺寸是 1/3 吋, 1/3 吋的感光面它水平尺寸是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 ,所以镜头分辨率应选 167 lp/mm。
通过上面例子我们还看到,一个标为 1/2 吋的 2 00万像素镜头不适合于 1/3 吋的 200万像素感光面, 这一点要有所区别和重视。 1/2 吋的 2 00万像素镜头分辨率是 125 lp/mm ,去用于 1/3 吋的 4.8mm× 3.6mm 感光像面,在水平方向有 125×4.8=600 线对,对应了1200 像元,在垂直方向有 125× 3.6=450 线对,对应了 900 像元。 1200× 900=1080000差不多是110万像素。所有把一个标为 1/2 吋的 2 百万像素镜头用于 1/3 吋的感光面时只能适合一百万像素的感光面,或者说只能当 1 00万像素镜头用。所以光讲百万像素镜头, 不讲适用感光元件的尺寸可能信息并不完全, 因此对镜头分辨率的描述还是 lp/mm比较准确。
有时摄像机的指标会给出感光像元的尺寸L(mm),那么所对应镜头分辨率的黑白线宽应该都是L(mm),所以黑白两条线对应的一条线对的宽度是 2L (mm) ,那么其倒数 1/(2L)( lp/mm)就是镜头的分辨率。比如一个摄像机标出感光元的尺寸是4um,那么所选镜头的极限分辨率线宽(白线或黑线)也应该是4um ,一对黑线白线的宽度2×0.004mm,镜头的分辨率就是1/( 2× 0.004)=125 lp/mm
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