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发表于 2010-5-17
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高清摄像机镜头怎么选择?摄像机镜头的选择方法
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高清摄像机镜头怎么选择？从第一台数码摄像机诞生到1998年，已经有13个年头了。在这13年中，数码摄像机发生了巨大变化，存储介质从DV到DVD再到硬盘，总像素从80万到400万，影像质量从标清DV(720×576)到高清HDV(1440×1080)，都在这13年中发生。
高清摄像机镜头怎么选择
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2百万像素镜头不适合于1/3吋的2百万像素感光面，这一点要有所区别和重视。1/2吋的2百万像素镜头分辨率是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差不多是一百十万像素。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，那么所训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。
内容延伸：
监控镜头分辨率
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)。
镜头对黑白等宽的测试线对图并不是无限可分辨的。当黑白等宽的测试线对密度不高的时候，成像平面处黑白线条是很清晰的。当黑白等宽的测试线对密度提高时，在成像平面处还是可以分辨出黑白线条，但是白线已不是那么白了，黑线也不是那么黑了，白线黑线的对比度就会下降。当黑白等宽的测试线对密度提高到某一程度，在成像平面处黑白线的对比度非常小，黑白线条都变成了灰的中间色了，这就到了镜头分辨的极限。
黑白等宽的测试线
好的镜头和差的镜头的分辨率是有很大不同的。测试镜头分辨率的一种方法是将待测镜头装在一个胶片照相机上。去拍摄黑白条纹图(分辨率图版)，然后用高倍放大镜(镜头分辨率检测仪)检测底片上每毫米范围内能清晰分辨的线条对数，能分辨得越多则分辨率越高。按照我国照相机检测标准(JB745-65)，一般135照相机的镜头中心视场达到37线对/毫米、边缘视场达到22线对/毫米，就算是一级镜头。
用数线条的方法确定分辨率是一种方法，还有一种更为客观的方法是测量镜头的MTF函数。
MTF (modulation transfer function 调制传递函数)以此来反映镜头的反差和分辨率。
被测的黑白条纹图(分辨率图版)白线最亮处与黑线最暗处的差别，反映了被测图形的反差(或称对比度)。设白线最大亮度为Imax，黑线最小亮度为Imin，我们用调制度(Modulation)来表示反差的大小。调制度M定义如下：
M=(Imax-Imin)/(Imax+Imin)
同样通过镜头成像的图形白线最亮处与黑线最暗处的差别，反映了成像图形的反差(对比度)。设白线最大亮度为I*max，黑线最小亮度为I*min，调制度M*如下：
M*=(I*max-I*min)/(I*max+I*min)
如果原来图像的调制度M和经过镜头后成像的调制度M*，那么MTF值为：
MTF=M*/M
当然我们希望原来图像的调制度M和经过镜头后成像的调制度M*能“原汁原味”M*=M即 MTF=1。这时经过镜头后成像的反差(对比度)和原图像一样，但实际情况是经过镜头成像的M*要小于原来图像的M。当被测的黑白条纹图密度不高时，M*和M几乎相等。随着被测的黑白条纹图密度逐渐提高时，I*max和I*min 会逐渐接近，M*会逐渐变小，直到为0，MTF也同样逐渐变小，直到为0。 |
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发表于 2010-5-17
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