主頁（http://www.130131.com）：CCD攝像機的基礎(chǔ)知識(中) 【中國集群通信網(wǎng)】從攝像機的說明書中可知，攝像機的技術(shù)指標(biāo)很多，但最重要的是分辯率、最低照度、信噪比等三大指標(biāo)，并且最容易出現(xiàn)錯誤和誤解。下面就分別將這三大技術(shù)指標(biāo)的知識介紹一下。 【相關(guān)閱讀】 CCD攝像機的基礎(chǔ)知識(上) CCD攝像機的基礎(chǔ)知識(下) 分辨率 什么是分辨力與分辨率? 一般來說，光學(xué)鏡頭、光電成像器件(或稱圖像傳感器)、攝像機，以及所有的成像系統(tǒng)對物像細節(jié)的分辨能力，可以用分辨力表示，也可用分辨率表示。它們都是衡量光學(xué)鏡頭、光電成像器件、攝像機與成像系統(tǒng)優(yōu)劣的一個重要的參數(shù)。但它們不是同一含義，兩者相互關(guān)聯(lián)，但有區(qū)別，絕不能混為一談，概念不清。由于分辨力與分辨率是光學(xué)鏡頭與攝像機重要的參數(shù)，為澄清有些著作或文章對這兩個概念的誤解，特在這里將這些基本知識作一介紹，讓安防監(jiān)控界的技術(shù)人員與管理人員弄清它們的概念。 眾所周知，攝像機的分辨率是指當(dāng)攝像機攝取等間隔排列的黑白相間條紋時，在監(jiān)視器(比攝像機的分辨率要高)上能夠看到的最多線數(shù)，當(dāng)超過這一線數(shù)時，屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片，而不再能分辨出黑白相間的線條。因此，分辨率這一參數(shù)的正確與否尤其重要。 而分辨力的定義是，將光學(xué)系統(tǒng)剛好能分辨的兩物體之間的最小間隔，稱為光學(xué)系統(tǒng)的分辨力，而不是分辨率。按照幾何光學(xué)理想成像的定義，由同一物點發(fā)出的光線，通過光學(xué)系統(tǒng)以后應(yīng)全部相交于一點。然而在實際成像中，通常得到的是一個具有一定面積的光斑。 中心亮斑的直徑可由下式表示：
式中，λ為光的波長，n為像空間介質(zhì)折射率，U′max為像方孔徑角。 因為光實際上也是一種電磁波，通過光學(xué)系統(tǒng)中限制光束口徑的孔徑光闌的衍射，會生成衍射像。由于衍射像有一定的大小，我們把兩個衍射像間所能分辨的最小間隔，稱為理想光學(xué)系統(tǒng)的分辨力。 根據(jù)實驗證明，兩個像點間能夠分辨的最短距離約等于中央亮斑的半徑R，如圖1所示。
由公式(1)得到
式(2)，即為理想光學(xué)系統(tǒng)的衍射分辨力公式。 因此，我們定義分辨力為：人眼剛好能分辨的兩物體之間的最小間隔。顯然，間隔即一段距離，則分辨力的單位為米制，即mm、μm或nm。因此，分辨率的單位與分辨力的單位是不一樣的。從分辨率的單位為線對/mm來看，分辨率與分辨力就有互為倒數(shù)的關(guān)系，也說明分辨力是能分辨兩條線之間的最小間隔。 從鏡頭的分辨率看與分辨力的關(guān)系 攝像物鏡即通常所說的攝像鏡頭，它的作用是將外界物體成像在CCD器件的感光面上，因此其分辨率一般以像平面上每毫米內(nèi)能分辨開的線條數(shù)N表示。 一般，攝像物鏡近似為對無限遠物體成像，有
將上式代入式(2)所示的理想衍射分辨力公式中，可得到 當(dāng)n′=1時，由于F= f′/D，則R=1.22λF。 根據(jù)公式(3)，若以每毫米能夠分辨的線條數(shù)N，來表示光學(xué)系統(tǒng)的分辨率，則有
因此，式(4)便是攝像物鏡的分辨率公式。由此也可看出，分辨率(N)與分辨力(R)的區(qū)別。顯然，它們是互為倒數(shù)的關(guān)系。由(4)式可見，攝像物鏡的F數(shù)越小，則光學(xué)系統(tǒng)的分辨率就越高。 分辨率的表示法 分辨率是攝像機最重要的一個參數(shù)，一般有兩種表示法： 1、極限分辨率 極限分辨率是在一定的測試條件之下定義的。當(dāng)以一定性質(zhì)的鑒別率圖案(有100%對比度的專門的測試卡)投射到CCD光敏面時，在輸出端觀察到的最小空間頻率(即用眼睛分辨的最細黑白條紋對數(shù))就是該器件的極限分辨率。分辨率通常用每毫米黑白條紋對數(shù)(單位為線對/mm)或每幀高電視行數(shù)(單位為TVL)表示。攝像機的清晰度大多用TVL數(shù)表示。這種極限分辨率的表示方法，雖有專門的測試卡測量而使用方便，但不客觀科學(xué)。其原因是因為： ·每個人的視覺不一樣，觀測值帶有主觀性; ·測試卡的對比度與幾何尺寸以及觀測時的照度不一樣，觀測的結(jié)果也會有不同。如當(dāng)被攝圖像對比度低于30%時，觀測的分辨率值就會明顯下降; ·觀測的分辨率值是系統(tǒng)的總體特性，而不能分攤到各個部件上。 為此，目前國際上一般均采用調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)來表示分辨率。 2、調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF) 所謂調(diào)制傳遞函數(shù)，即輸出調(diào)制度Mout與輸入調(diào)制度Min之比。即
或者說調(diào)制傳遞函數(shù)是調(diào)制度與空間頻率的關(guān)系。當(dāng)輸入正弦光波(即一個確定的空間頻率的物像投射在CCD上)時，CCD的輸出也將是隨時間變化的一種正弦波，設(shè)波峰為A，波谷為B，則可得調(diào)制度為
通常用零空間頻率下的值進行歸一化，得到無量綱量即調(diào)制傳遞函數(shù)MTF。并且，MTF隨空間頻率的增高而減小。 由于MTF表示的是轉(zhuǎn)移過程前后調(diào)制度M的比值，它與圖像的形狀、尺寸、對比度、照度等無關(guān)，因此是客觀而科學(xué)的。而且由于MTF是正弦波空間頻率振幅的響應(yīng)。在給定的空間頻率下，整個系統(tǒng)的MTF等于系統(tǒng)各部分MTF的乘積。即
值得提出的是，有時還用對比傳遞函數(shù)(CTF)來評價分辨率。所謂對比傳遞函數(shù)就是方波空間頻率振幅的響應(yīng)。同MTF一樣，CTF也隨空間頻率的增高而減小。但是CTF不能按各部分的乘積來評價，可是方波的振幅響應(yīng)容易測量，所以也常采用。
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