【光学镜头】如何评价一颗镜头的好坏

In: 镜头知识 On: Friday, April 3, 2020 Hit: 816

导读:当评估或校准成像系统的性能或图像质量时,一个客观的评价指标是很重要的。图像的质量可以由不同的指标来定义,尤其是分辨率、对比度、调制传递函数、失真等。要想使用这些指标,先要知道它们每一项代表什么,会怎样影响镜头的性能。

先分别解释一下这些名词:

  1. 分辨率

      分辨率代表一个光学系统在某个维度最小能够分辨的尺寸,以人眼为例(人眼可以认为是一个相机加一个变焦镜头),无环境影响的健康人眼角分辨率约为1角分(1/60度),也就是在一米距离下能够分清的黑白间距约为0.29mm。那么我们可以说,0.29mm就是此时眼睛的分辨率。而分辨率常用的单位是线对数(lp/mm0.29mm也就是:

1/0.29*2=1.7lp/mm

      线对通常以其频率来描述:适合给定单位长度的线数。因此,该频率通常用“ lp/ mm”(一毫米内能分清的黑白线对数)表示。

2、对比度

      对比度可以认为是光学系统分辨物体的难易程度,对于一个确定的光学系统,当被测物体由低频到高频变化,对比度总是由高变低,直到完全分不出。

      IMAX表示亮条纹的强度,IMIN为暗条纹的强度,当IMAX=1,IMIN=0时,对比度等于1。当要拍摄物体的细节时,黑白条纹的边界就变得不再清晰,也就是IMAX<1,IMIN>0,那么此时的对比度就低于1。当物体的的空间频率足够高,IMAX=IMIN,此时的对比度等于0,也就完全无法分辨黑白条纹。

      那么这时候就会有一个问题,到底是对比度重要还是分辨率重要?

      首先要明确,您是需要这个镜头完成哪项工作,识别、测量还是检测?如果是识别定位等低精度应用,那么分辨率的要求就相对较低。如果是测量,那么分辨率和对比度就是必须要考虑的方面。甚至,在某些情况下,可以牺牲分辨率来寻求特定空间频率的对比度上升。

3、MTF

      说了这些定义,但我们还是需要一个量化的指标能够把这两个部分串联起来,这个可量化的指标通常是MTF(调制传递函数),它量化了被摄体的区域亮度变化通过相机镜头时保留的程度。以下示例说明了理想镜头的MTF曲线:

      MTF1.0表示完美的对比度保留,而小于此值表示失去越来越多的对比度,直到MTF0,再也无法区分线对为止。在相同F/#和工作波长情况下,任何光学镜头都有一条限制曲线,它仅取决于相机镜头的光圈,与相机像素的数量无关,也就是常说的衍射极限。

      对于目视光学系统,不损失超过50%的MTF“ MTF-0.5”)的情况下可以再现的最高空间频率是一个重要的数字,因为它与我们对清晰度的感知紧密相关。例如,MTF-0.550 LP / mm的镜头拍出的图片会比MTF-0.520 LP / mm的低质量镜头清晰得多(假设这些镜头用于同一相机和相同的光圈)。

      对于机器视觉系统,30%对比度对应的最大频率可以认为是它的分辨率。当分辨率足够的情况尽量选择对比度更好的镜头,因为好的图像素质能够大幅提高系统的运行效率和准确度。

      DZO东正光学有完备的物料、成品检测手段,能够保证生产出来的产品与设计上的差异在可接受的范围内。我们追求的是让我们的镜头拥有更高的分辨率和更高的对比度,让客户的视觉系统能够更高效的运行,如果对本文,对我们的产品您还有任何疑问,请与我们联系。

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