主页（http://www.pttcn.net）：CCD摄像机的基础知识(中) 【中国集群通信网】从摄像机的说明书中可知，摄像机的技术指标很多，但最重要的是分辩率、最低照度、信噪比等三大指标，并且最容易出现错误和误解。下面就分别将这三大技术指标的知识介绍一下。 【相关阅读】 CCD摄像机的基础知识(上) CCD摄像机的基础知识(下) 分辨率 什么是分辨力与分辨率? 一般来说，光学镜头、光电成像器件(或称图像传感器)、摄像机，以及所有的成像系统对物像细节的分辨能力，可以用分辨力表示，也可用分辨率表示。它们都是衡量光学镜头、光电成像器件、摄像机与成像系统优劣的一个重要的参数。但它们不是同一含义，两者相互关联，但有区别，绝不能混为一谈，概念不清。由于分辨力与分辨率是光学镜头与摄像机重要的参数，为澄清有些著作或文章对这两个概念的误解，特在这里将这些基本知识作一介绍，让安防监控界的技术人员与管理人员弄清它们的概念。 众所周知，摄像机的分辨率是指当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹时，在监视器(比摄像机的分辨率要高)上能够看到的最多线数，当超过这一线数时，屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片，而不再能分辨出黑白相间的线条。因此，分辨率这一参数的正确与否尤其重要。 而分辨力的定义是，将光学系统刚好能分辨的两物体之间的最小间隔，称为光学系统的分辨力，而不是分辨率。按照几何光学理想成像的定义，由同一物点发出的光线，通过光学系统以后应全部相交于一点。然而在实际成像中，通常得到的是一个具有一定面积的光斑。 中心亮斑的直径可由下式表示：
式中，λ为光的波长，n为像空间介质折射率，U′max为像方孔径角。 因为光实际上也是一种电磁波，通过光学系统中限制光束口径的孔径光阑的衍射，会生成衍射像。由于衍射像有一定的大小，我们把两个衍射像间所能分辨的最小间隔，称为理想光学系统的分辨力。 根据实验证明，两个像点间能够分辨的最短距离约等于中央亮斑的半径R，如图1所示。
由公式(1)得到
式(2)，即为理想光学系统的衍射分辨力公式。 因此，我们定义分辨力为：人眼刚好能分辨的两物体之间的最小间隔。显然，间隔即一段距离，则分辨力的单位为米制，即mm、μm或nm。因此，分辨率的单位与分辨力的单位是不一样的。从分辨率的单位为线对/mm来看，分辨率与分辨力就有互为倒数的关系，也说明分辨力是能分辨两条线之间的最小间隔。 从镜头的分辨率看与分辨力的关系 摄像物镜即通常所说的摄像镜头，它的作用是将外界物体成像在CCD器件的感光面上，因此其分辨率一般以像平面上每毫米内能分辨开的线条数N表示。 一般，摄像物镜近似为对无限远物体成像，有
将上式代入式(2)所示的理想衍射分辨力公式中，可得到 当n′=1时，由于F= f′/D，则R=1.22λF。 根据公式(3)，若以每毫米能够分辨的线条数N，来表示光学系统的分辨率，则有
因此，式(4)便是摄像物镜的分辨率公式。由此也可看出，分辨率(N)与分辨力(R)的区别。显然，它们是互为倒数的关系。由(4)式可见，摄像物镜的F数越小，则光学系统的分辨率就越高。 分辨率的表示法 分辨率是摄像机最重要的一个参数，一般有两种表示法： 1、极限分辨率 极限分辨率是在一定的测试条件之下定义的。当以一定性质的鉴别率图案(有100%对比度的专门的测试卡)投射到CCD光敏面时，在输出端观察到的最小空间频率(即用眼睛分辨的最细黑白条纹对数)就是该器件的极限分辨率。分辨率通常用每毫米黑白条纹对数(单位为线对/mm)或每帧高电视行数(单位为TVL)表示。摄像机的清晰度大多用TVL数表示。这种极限分辨率的表示方法，虽有专门的测试卡测量而使用方便，但不客观科学。其原因是因为： ·每个人的视觉不一样，观测值带有主观性; ·测试卡的对比度与几何尺寸以及观测时的照度不一样，观测的结果也会有不同。如当被摄图像对比度低于30%时，观测的分辨率值就会明显下降; ·观测的分辨率值是系统的总体特性，而不能分摊到各个部件上。 为此，目前国际上一般均采用调制传递函数(MTF)来表示分辨率。 2、调制传递函数(MTF) 所谓调制传递函数，即输出调制度Mout与输入调制度Min之比。即
或者说调制传递函数是调制度与空间频率的关系。当输入正弦光波(即一个确定的空间频率的物像投射在CCD上)时，CCD的输出也将是随时间变化的一种正弦波，设波峰为A，波谷为B，则可得调制度为
通常用零空间频率下的值进行归一化，得到无量纲量即调制传递函数MTF。并且，MTF随空间频率的增高而减小。 由于MTF表示的是转移过程前后调制度M的比值，它与图像的形状、尺寸、对比度、照度等无关，因此是客观而科学的。而且由于MTF是正弦波空间频率振幅的响应。在给定的空间频率下，整个系统的MTF等于系统各部分MTF的乘积。即
值得提出的是，有时还用对比传递函数(CTF)来评价分辨率。所谓对比传递函数就是方波空间频率振幅的响应。同MTF一样，CTF也随空间频率的增高而减小。但是CTF不能按各部分的乘积来评价，可是方波的振幅响应容易测量，所以也常采用。
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