CCD攝像機的基礎知識(中)

時間：2010-05-24　來源：中國集群通信網　作者：陳一凡　點擊：次

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【中國集群通信網】從攝像機的說明書中可知，攝像機的技術指標很多，但最重要的是分辯率、最低照度、信噪比等三大指標，并且最容易出現錯誤和誤解。下面就分別將這三大技術指標的知識介紹一下。

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CCD攝像機的基礎知識(下)

　　分辨率

　　什么是分辨力與分辨率?

　　一般來說，光學鏡頭、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對物像細節的分辨能力，可以用分辨力表示，也可用分辨率表示。它們都是衡量光學鏡頭、光電成像器件、攝像機與成像系統優劣的一個重要的參數。但它們不是同一含義，兩者相互關聯，但有區別，絕不能混為一談，概念不清。由于分辨力與分辨率是光學鏡頭與攝像機重要的參數，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，讓安防監控界的技術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攝像機攝取等間隔排列的黑白相間條紋時，在監視器(比攝像機的分辨率要高)上能夠看到的最多線數，當超過這一線數時，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，分辨率這一參數的正確與否尤其重要。

　　而分辨力的定義是，將光學系統剛好能分辨的兩物體之間的最小間隔，稱為光學系統的分辨力，而不是分辨率。按照幾何光學理想成像的定義，由同一物點發出的光線，通過光學系統以后應全部相交于一點。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，通過光學系統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，稱為理想光學系統的分辨力。

　　根據實驗證明，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)，即為理想光學系統的衍射分辨力公式。

　　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的關系，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能分辨開的線條數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n′=1時，由于F= f′/D，則R=1.22λF。

　　根據公式(3)，若以每毫米能夠分辨的線條數N，來表示光學系統的分辨率，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)的區別。顯然，它們是互為倒數的關系。由(4)式可見，攝像物鏡的F數越小，則光學系統的分辨率就越高。

　　分辨率的表示法

　　分辨率是攝像機最重要的一個參數，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。當以一定性質的鑒別率圖案(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)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(單位為線對/mm)或每幀高電視行數(單位為TVL)表示。攝像機的清晰度大多用TVL數表示。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。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，觀測的結果也會有不同。如當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制傳遞函數(MTF)來表示分辨率。

　　2、調制傳遞函數(MTF)

　　所謂調制傳遞函數，即輸出調制度Mout與輸入調制度Min之比。即