| CCD攝像機(jī)鏡頭的分辨率問(wèn)題
對(duì)攝像機(jī)有了解的人都知道，鏡頭的好壞是直接決定攝像機(jī)好壞的一個(gè)因素，分辨率是衡量成像器件與成像系統(tǒng)優(yōu)劣的一個(gè)重要參數(shù)。北京監(jiān)控安裝。
一般，固體攝像機(jī)的分辨率在鏡頭的分辨率與視頻信號(hào)帶寬(6MHz)保證的前提下，主要取決于圖像傳感器的像素?cái)?shù)，但目前市場(chǎng)上對(duì)CCD攝像機(jī)的分辨率沒(méi)有規(guī)范，說(shuō)法不一，普遍報(bào)高，尤其對(duì)低解析度500×582象素的攝像機(jī)，若該攝像機(jī)的分辨率沒(méi)有特殊的優(yōu)化處理，其黑白的水平清晰度只能最高報(bào)到 380TVL,但大多報(bào)到420TVL(甚至連彩色的也是)，因此有必要統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，統(tǒng)一規(guī)范。下面就簡(jiǎn)要敘述一下分辨率的含義、表示法以及CCD攝像機(jī)(含其他固體攝像機(jī)，如CMOS攝像機(jī))的常用分辨率的測(cè)試及一般計(jì)算公式，最后談?wù)勎覀兊慕ㄗh。
二、分辨率的表示法
分辨率是攝像器件最重要的一個(gè)參數(shù)，因?yàn)樗侵笖z像器件對(duì)物像中明暗細(xì)節(jié)的分辨能力。分辨率一般有兩種表示法。
(1)極限分辨率
極限分辨率是在一定的測(cè)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(duì)比度的專門的測(cè)試卡)投射到CCD光敏面時(shí)，在輸出端觀察到的最小空間頻率(即用眼睛分辨的最細(xì)黑白條紋對(duì)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(duì)數(shù)(單位為線對(duì)/mm)或每幀高電視行數(shù)(單位為 TVL)。攝像機(jī)指的清晰度多是用的TVL數(shù)。兩種極限分辨率單位具有確定的換算關(guān)系。
CCD是離散采樣器件，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，一個(gè)攝像器件能夠分辨的最高空間頻率等于它的空間采樣頻率的一半，這個(gè)頻率稱為奈奎斯特極限頻率。如果某一方向上的象元間距為α，則該方向上的空間采樣頻率為1/α(線對(duì)/mm)，它可以分辨的最大空間頻率為設(shè)線陣CCD象敏器光敏區(qū)的總長(zhǎng)度為L(zhǎng)，用L乘(1)式兩端，可以得到CCD象敏器的最大分辨率為式中，N為CCD象敏器的位數(shù)。對(duì)2048位線陣CCD象敏器，其N = 2048，故得即2048位線陣CCD，最多可分辨1024對(duì)線。
CCD用極限TVL來(lái)表示更簡(jiǎn)單，即在某一方向的象元素就是極限TVL數(shù)。顯然TVL數(shù)的一半與CCD光敏面的高度尺寸的比值，就是相對(duì)應(yīng)的每毫米線對(duì)數(shù)(線對(duì)/mm)。所以，CCD的象數(shù)越高，其分辨率也越高。
極限分辨率的表示方法雖有專門的測(cè)試卡測(cè)量而使用方便，但不客觀科學(xué)。其原因是因?yàn)椋?/P>
①每個(gè)人的視覺(jué)不一樣，觀測(cè)值帶有主觀性;
②測(cè)試卡的對(duì)比度與幾何尺寸以及觀測(cè)時(shí)的照度不一樣，觀測(cè)的結(jié)果也會(huì)有不同。如當(dāng)被攝圖像對(duì)比度低于30%時(shí)，觀測(cè)的分辨率值就會(huì)明顯下降;
③觀測(cè)的分辨率值是系統(tǒng)的總體特性，而不能分?jǐn)偟礁鱾�(gè)部件上。
為此，目前國(guó)際上一般均采用調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)來(lái)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(shuō)調(diào)制傳遞函數(shù)是調(diào)制度與空間頻率的關(guān)系。
三、分辨率的測(cè)試
分辨率的測(cè)試通常是用攝像機(jī)去拍攝圖2所示的分辨率測(cè)試卡，并通過(guò)波形監(jiān)視器來(lái)讀取數(shù)據(jù)的。其具體方法如下：
① 按圖3布置測(cè)試環(huán)境。將分辨率測(cè)試卡置于標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試燈光盒上，距攝像機(jī)約3m遠(yuǎn)。攝像機(jī)的視頻輸出端接波形監(jiān)視器，并使波形監(jiān)視器的輸出連至高分辨率黑白監(jiān)視器上。
② 景物照度設(shè)定為2000lx，光源色溫設(shè)定為3200K。
③ 調(diào)節(jié)鏡頭焦距(或選配合適的定焦鏡頭并前后稍稍移動(dòng)攝像機(jī))使分辨率卡的圖像充滿監(jiān)視器的屏幕，并通過(guò)精確對(duì)焦使圖像最清晰。
④ 用選行示波器觀察圖2所示的分辨率卡，得到圖4所示的波形。
⑤調(diào)節(jié)鏡頭光圈使信號(hào)白電平達(dá)到100%(700mV)，則此時(shí)調(diào)制深度剛超過(guò)5%的電視線數(shù)即為極限分辨率。
四、分辨率的一般計(jì)算公式
分辨率有時(shí)也稱清晰度，對(duì)CCD攝像機(jī)來(lái)說(shuō)，則應(yīng)有垂直方向的清晰度和水平方向的清晰度，兩者的比值可稱為清晰度比。由于垂直清晰度是固定的，所以攝像機(jī)的清晰度主要指水平清晰度。下面分別介紹一下。
① 垂直清晰度
垂直清晰度是由一幀圖像的掃描行數(shù)決定的。由于在場(chǎng)消隱期間看不到掃描線，對(duì)于我國(guó)625行50場(chǎng)的掃描制式來(lái)說(shuō)，畫面的有效掃描行數(shù)約為575行;而對(duì)于美國(guó)525行60場(chǎng)的掃描制式來(lái)說(shuō)，畫面的有效掃描行數(shù)約為490行。由于水平掃描線之間是離散的，所以兩條相鄰的水平掃描線之間一定會(huì)丟失部分細(xì)節(jié)(或說(shuō)對(duì)與掃描線相同的黑白水平線攝像時(shí)，掃描線與黑白水平線正好重合的概率不等于一)。一般，約有30%(凱爾系數(shù))的細(xì)節(jié)會(huì)丟失。所以認(rèn)為，垂直清晰度RV等于有效掃描行數(shù)n乘以經(jīng)驗(yàn)值0.7(即70%)，即
RV = 0.7n
(6)所以，對(duì)625行的掃描制式來(lái)說(shuō)，實(shí)際有效的清晰度為575×0.7=402TVL;對(duì)525行的掃描制式來(lái)說(shuō)，其垂直清晰度為490×0.7=343TVL。因此垂直清晰度對(duì)同一電視制式來(lái)說(shuō)，基本上是固定的。
② 水平清晰度
水平清晰度是當(dāng)用與畫面高度相等的黑白相間的垂直平行線作被攝物時(shí)，在水平方向上所能夠再現(xiàn)的線數(shù)。而黑白條圖形都是一定頻率的方波信號(hào)，所以根據(jù)行掃描速度和傳送帶寬也可確定水平清晰度的值。
水平清晰度用RH表示，如果一條掃描線上能夠再現(xiàn)m個(gè)象素，則可用下式來(lái)表示水平清晰度：
(7)式中，m為水平方向的象素?cái)?shù)，V是畫面的垂直高度，H為水平長(zhǎng)度，V / H也叫做光柵高寬比。一般V/H=3/4=0.75，所以(7)式可寫成
RH = 0.75m
(8)因此，對(duì)象素?cái)?shù)為500(H)×582(V)的攝像機(jī)來(lái)說(shuō)，其水平清晰度RH = 0.75×500 = 375TVL，所以對(duì)分辯率無(wú)特殊優(yōu)化處理等功能的一般攝像機(jī)來(lái)說(shuō)，不可能有420TVL(當(dāng)前市場(chǎng)沒(méi)有規(guī)范，應(yīng)統(tǒng)一)。
在一條掃描線上能夠再現(xiàn)m個(gè)象素時(shí)，所要求信號(hào)的最大頻率?max可由下式表示：
fmax=m/2tntk
(9)式中，tn是行掃描時(shí)間(S);tk是行掃描時(shí)間的有效系數(shù)，其值為o
當(dāng)一幀圖像的掃描行數(shù)為n，一秒的幀數(shù)為F幀，且t n = 1 / n F幀 時(shí)，水平清晰度RH還可用下式表示
(10)五、一點(diǎn)建議
由上述公式不難看出，對(duì)目前安防系統(tǒng)使用的752×582象素的高解析度CCD攝像機(jī)(分辨率無(wú)特殊優(yōu)化處理)的水平清晰度為 752×0.75=564TVL，因此黑白機(jī)最多可稱570TVL，彩色機(jī)應(yīng)為470TVL;對(duì)500×582象素的低解析度CCD攝像機(jī)(無(wú)特殊優(yōu)化處理)的水平清晰度應(yīng)為500×0.75=375TVL，因此，黑白機(jī)最多可稱380TVL，而彩色機(jī)則在280TVL至330TVL，根本不可能為 420TVL(除非分辯率加有特殊的優(yōu)化處理)。
鑒于目前市場(chǎng)上的情況，在攝像機(jī)指標(biāo)一欄不能隨心所欲地亂寫清晰度指標(biāo)。如未注明分辯率有特殊的優(yōu)化處理的攝像機(jī)，分辨率均應(yīng)統(tǒng)一寫成752×582或500×582為好，使人一看就非常清楚了。 |
