監控鏡頭分辯率及高清攝像機鏡頭的選擇

左側為圖7 右側為圖8

30 lp/mm時MTF值高鏡頭的分辨率就高，看測試卡能到1000線

30 lp/mm時MTF值低鏡頭的分辨率就低，看測試卡只能到500線

常見的MTF圖

上面的MTF圖是鏡頭中心處的MTF值隨分辨率lp/mm變化的曲線圖。但MTF還和很多因素有關。測試時鏡頭的光圈，測試點偏離中心的距離。

另外測試黑白線條是平行于徑線(弧矢方向)，還是垂直徑線即切線方向(子午方向meridional一般標M)，MTF值都不一樣。

距離鏡頭中心不同點 MTF不一樣，測試條紋平行或垂直于徑線MTF不一樣

鏡頭公司往往會以一個固定光圈，用10lp/mm分辨率的黑白線條，在偏離鏡頭中心不同距離處測試MTF值，來表示鏡頭中心外其他各點反差特性。當然也會用30 lp/mm在偏離鏡頭中心不同距離處測試MTF值，來表示鏡頭中心外其他各點的分辨率特性。

這種MTF圖一般是F=8(光圈值為8)時測得(MTF一般在F=8最好)。有兩組曲線，一組是10lp/mm用粗線表示，另一組是30lp/mm用細線表示。每組曲線有兩條，弧矢方向(測試黑白線條是平行于徑線)測得的MTF曲線一般用實線表示，子午方向(測試黑白線條是垂直于徑線)測得的MTF曲線一般用虛線表示，總共4條曲線。

圖十是某鏡頭距中心不同距離(mm)處的MTF圖。由圖中線條我們可以看出，代表反差(10 lp/mm)的藍色粗線很高，接近于0.97，說明該鏡頭在F8的最佳光圈處有著非常好的反差。代表分辨率(30 lp/mm)的藍色細線也在0.86以上，說明此光圈下分辨率也極優。藍色曲線直到距離中心18毫米左右依然平直、僅在邊緣略有下降，說明該鏡頭在整個成像范圍內有著一致的特性，邊角分辨率略有一點下降。實線與虛線距離很近，反映出該鏡頭像散也很小。對于MTF圖的判讀可以歸納出以下幾點：

1、10 lp/mm的低頻曲線反映了鏡頭的反差特性，這條曲線越高代表鏡頭反差大。

2、30 lp/mm的高頻曲線反映鏡頭分辨率特性，這條曲線越高代表鏡頭分辨率越高。

3、弧矢曲線與子午曲線越接近兩者距離越較小，代表鏡頭像散越小。

4、MTF曲線越平直越好，越平直越說明邊緣與中間一致性好。

高清攝像機鏡頭選擇

高清攝像機的像素都在百萬以上，但是要充分體現高清攝像機百萬像素的性能還需要與之相匹配的高清鏡頭。那么怎么選擇高清鏡頭呢。

我們知道了一個鏡頭有它的最高分辨率N lp/mm，那么根據納奎斯特采樣定理，至少需要配以2N/mm個空間采樣點。這個可以這樣來理解，1mm內有N條黑白線對，那么就有N條白線和N條黑線總共2N條線。以攝像機的一個感光元對應以一條白線或黑線，那么攝像機在1mm內需要有2N個感光元來對應N條白線和N條黑線，攝像機的感光元密度就是 2N/mm，參見圖十一。

這時攝像機感光元件的分辨率和鏡頭的分辨率正好匹配，誰都沒有浪費。同樣如果一個攝像機每毫米的像素密度是M點(pixel/mm)，那么應該選擇一個分辨率是M/2 lp/mm的鏡頭。下面我們舉一個例子：

有一個2百萬像素攝像機，像素數為1600×1200=1920000，感光面尺寸是 1/2肌Ｎ頤侵道1/2嫉母泄餉嫠水平尺寸是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樣，像素是正方形的，如果像素不是正方形的鏡頭分辨率應參考像素密度高的。在這里水平像素密度和垂直像素密度都是250 pixel/mm，所以鏡頭分辨率應選125 lp/mm。

如果一個2百萬像素攝像機感光面尺寸是 1/3跡1/3嫉母泄餉嫠水平尺寸是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，所以鏡頭分辨率應選167 lp/mm。

通過上面例子我們還看到，一個標為1/2嫉2百萬像素鏡頭不適合于1/3嫉2百萬像素感光面，這一點要有所區別和重視。1/2嫉2百萬像素鏡頭分辨率是125 lp/mm，去用于1/3嫉4.8mm×3.6mm感光像面，在水平方向有125×4.8=600線對，對應了1200像元，在垂直方向有125×3.6=450線對，對應了900像元。1200×900=1080000差不多是一百十萬像素。所有把一個標為1/2嫉2百萬像素鏡頭用于1/3嫉母泄餉媸敝荒蓯屎弦話僂螄袼氐母泄餉媯或者說只能當1百萬像素鏡頭用。所以光講百萬像素鏡頭，不講適用感光元件的尺寸可能信息并不完全，因此對鏡頭分辨率的描述還是 lp/mm比較準確。

有時攝像機的指標會給出感光像元的尺寸L(mm)，那么所對應鏡頭分辨率的黑白線寬應該都是L(mm)，所以黑白兩條線對應的一條線對的寬度是2L (mm)，那么其倒數1/(2L)(lp/mm)就是鏡頭的分辨率。比如一個攝像機標出感光元的尺寸是4um，那么所選鏡頭的極限分辨率線寬(白線或黑線)也應該是4um ，一對黑線白線的寬度2×0.004 mm，鏡頭的分辨率就是1/(2×0.004)=125 lp/mm。