监控镜头分辩率及高清摄像机镜头的选择

左侧为图7 右侧为图8

30 lp/mm时MTF值高镜头的分辨率就高，看测试卡能到1000线

30 lp/mm时MTF值低镜头的分辨率就低，看测试卡只能到500线

常见的MTF图

上面的MTF图是镜头中心处的MTF值随分辨率lp/mm变化的曲线图。但MTF还和很多因素有关。测试时镜头的光圈，测试点偏离中心的距离。

另外测试黑白线条是平行于径线(弧矢方向)，还是垂直径线即切线方向(子午方向meridional一般标M)，MTF值都不一样。

距离镜头中心不同点 MTF不一样，测试条纹平行或垂直于径线MTF不一样

镜头公司往往会以一个固定光圈，用10lp/mm分辨率的黑白线条，在偏离镜头中心不同距离处测试MTF值，来表示镜头中心外其他各点反差特性。当然也会用30 lp/mm在偏离镜头中心不同距离处测试MTF值，来表示镜头中心外其他各点的分辨率特性。

这种MTF图一般是F=8(光圈值为8)时测得(MTF一般在F=8最好)。有两组曲线，一组是10lp/mm用粗线表示，另一组是30lp/mm用细线表示。每组曲线有两条，弧矢方向(测试黑白线条是平行于径线)测得的MTF曲线一般用实线表示，子午方向(测试黑白线条是垂直于径线)测得的MTF曲线一般用虚线表示，总共4条曲线。

图十是某镜头距中心不同距离(mm)处的MTF图。由图中线条我们可以看出，代表反差(10 lp/mm)的蓝色粗线很高，接近于0.97，说明该镜头在F8的最佳光圈处有着非常好的反差。代表分辨率(30 lp/mm)的蓝色细线也在0.86以上，说明此光圈下分辨率也极优。蓝色曲线直到距离中心18毫米左右依然平直、仅在边缘略有下降，说明该镜头在整个成像范围内有着一致的特性，边角分辨率略有一点下降。实线与虚线距离很近，反映出该镜头像散也很小。对于MTF图的判读可以归纳出以下几点：

1、10 lp/mm的低频曲线反映了镜头的反差特性，这条曲线越高代表镜头反差大。

2、30 lp/mm的高频曲线反映镜头分辨率特性，这条曲线越高代表镜头分辨率越高。

3、弧矢曲线与子午曲线越接近两者距离越较小，代表镜头像散越小。

4、MTF曲线越平直越好，越平直越说明边缘与中间一致性好。

高清摄像机镜头选择

高清摄像机的像素都在百万以上，但是要充分体现高清摄像机百万像素的性能还需要与之相匹配的高清镜头。那么怎么选择高清镜头呢。

我们知道了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，参见图十一。

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/2 lp/mm的镜头。下面我们举一个例子：

有一个2百万像素摄像机，像素数为1600×1200=1920000，感光面尺寸是 1/2肌Ｎ颐侵道1/2嫉母泄饷嫠水平尺寸是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250 pixel/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迹1/3嫉母泄饷嫠水平尺寸是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嫉2百万像素镜头不适合于1/3嫉2百万像素感光面，这一点要有所区别和重视。1/2嫉2百万像素镜头分辨率是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差不多是一百十万像素。所有把一个标为1/2嫉2百万像素镜头用于1/3嫉母泄饷媸敝荒苁屎弦话偻蛳袼氐母泄饷妫或者说只能当1百万像素镜头用。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2×0.004 mm，镜头的分辨率就是1/(2×0.004)=125 lp/mm。