Нажмите "Enter" для пропуска содержимого

Разрешающая способность объектива: ЧКХ (MTF), разрешение и контраст

Содержание

Самодельный тест разрешающей способности фотографических объективов.

     Иногда возникает потребность в оценке такого параметра фотографической оптики как разрешающая способность, то есть способности объектива формировать резкое изображение объектов малых размеров. Любой тест такого рода предполагает фотосъемку набора объектов в виде чередующихся светлых и темных полос с различным числом полос на миллиметр. В общем случае при увеличении частоты полос снижается контраст изображения, до тех пор пока полосы становятся неразличимы. Оценивая частоту полос при которой исчезает контраст в изображении можно охарактеризовать разрешающую способность объектива. Правильно, конечно, делать это количественно, путем определения величины предельной частоты, или даже путем построения частотно контрастной характеристики (зависимости контраста изображения от пространственной частоты штрихов объекта), но это трудоемко, да и для фотографов как правило не требуется. Для сравнения разрешающей способности разных объективов иногда вполне достаточно качественно оценить тестовые изображения, сформированные этими стеклами.
     Для качественных оценок наиболее удобен тестовый объект в виде радиальной миры:

     Эту миру я нарисовал сам, и хотя она, возможно, не вполне соответствует требованиям стандартов, для внутреннего употребления вполне пригодна.



     Делая тестовые снимки очень важно обеспечить выполнение условия: для всех сравниваемых снимков должно быть обеспечено примерное равенство размеров изображения миры в плоскости матрицы фотоаппарата. Я пытался добиться этого наблюдая изображение в видоискатель и стараясь как можно точнее вписать его в центральную квадратную метку автофокуса. Насколько удалось выполнить это условие можно впоследствии проверить измеряя размер изображения в кадре (только проверить, если размеры разные поправить уже нельзя, надо переснимать).
     Проиллюстрируем применение радиальной миры на нескольких примерах.
1. Объектив Canon EF 24-70/1:2,8 L , фокусное расстояние 70 мм, изменяется величина диафрагмы (от 1:2,8 до 1:22)

     1:2,8

     1:5,6

     1:8

     1:16

     1:22

     Как видим наилучшее разрешение соответствует диафрагме 1:8, на более широких отверстиях контраст в мелких деталях ниже из-за сферической аберрации объектива. Но и дальнейшее уменьшение относительного отверстия приводит к ухудшению разрешения. Причиной скорее всего является размытие изображения за счет дифракции. Хотя здесь может сказываться еще один фактор, вполне возможно, что причиной снижения контраста в мелких деталях послужил смаз изображения, так как съемка при малых диафрагмах производилась при более высоких выдержках. Это, видимо, неправильно, для чистоты эксперимента  следовало сохранять выдержку постоянной, за счет увеличения чувствительности.

     2. Объектив Canon EF 24-70/1:2,8 L, диафрагма фиксирована 1:5,6, фокусное расстояние изменяется.

     f=24 мм.

     f=50мм.

     f=70 мм.

     Хорошо заметно, что разрешающая способность на фокусном расстоянии в середине диапазона (50 мм) лучше, чем на длинном и коротком концах.

     3. А теперь три разных объектива с одинаковыми фокусными расстояниями (70 мм) и при одинаковых относительных отверстиях (1:5,6).

     Sigma 28-135 / 1:3.8-5.6

     Canon EF 24-70 / 1:2.8 L

     Sigma 70-200 / 1:2.8

     Как ни странно, разница между объективами выражена не очень ярко, не смотря на заметную разницу в цене (первый значительно дешевле). Разве что, Sigma 70-200 оказался немного получше других. Впрочем, он всегда мне нравился. 

    Возможно если смотреть разрешение не в центральной зоне, а на периферии кадра, падение разрешения будет заметнее.

Идеальный объектив

В предыдущей статье Вы уже определились с параметрами промышленной камеры, которая подходит для решения Вашей задачи. Настало время выбрать для нее объектив. Они различаются не только типом, разрешающей способностью, углом зрения и размерами, но и конструкцией. Кроме того следует обратить внимание на оптическое разрешение и спектральную пропускную способность объектива.

#1 Какие типы объективов существуют?

Объектив может быть обычным, с разным фокусным расстоянием: широкоугольным, макрообъективом, с переменным или фиксированным фокусным расстоянием, телецентрическим, специальным для «заглядывания» в трубу (эндоскопическим) или для 360° охвата. Кроме того, существуют специальные объективы для съемки в ближнем инфракрасном диапазоне — спектральная пропускная способность объектива.

В классической фотографии часто используются объективы с переменным фокусным расстоянием (вариофокальные или зум-объективы), с помощью которых можно приближать и отдалять «картинку». В большинстве случаев в системах машинного зрения используются объективы с фиксированным фокусным расстоянием, ведь они дают меньшие оптические искажения и имеют лучшее пространственное разрешение, что позволяет производить измерения параметров с более высокой точностью. Кроме того, при разработке система настраивается под конкретный процесс и в изменении фокусного расстояния чаще всего нет необходимости. Вариофокальный объектив может быть полезен при разработке системы высококачественного видеонаблюдения на базе машинного зрения, когда обычная IP-камера не может обеспечить требуемое качество изображения.

В данной статье речь пойдет об обычных объективах, поскольку именно они чаще всего применяются в системах машинного зрения.

Объективы с фиксированным фокусным расстоянием:

  • Обычные:
       ○ Широкоугольные — до 8 мм;
       ○ Нормальные — от 8 до 100 мм;
       ○ Телеобъективы — свыше 100 мм.

Такие объективы подобны зрачку человеческого глаза: удаленные объекты кажутся меньшими по размеру, тогда как приближенные — более крупными.

  • Специальные:
       ○ Макрообъективы — для захвата изображения с малого расстояния. Коэффициент усиления данного объектива больше 1;
       ○ Эндоскопические — объектив, имеющий малое фокусное расстояние (от 3 до 20 мм) и угол зрения от 50 до 135°, а иногда и более;
       ○ 360° оптика — позволяет осуществлять полную проверку объекта с использованием как можно меньшего количества камер. Например, с помощью 360° объектива достаточно получить одно изображение для обзора верхней и боковой части объекта или внутренней части полости;
       ○ Телецентрический объектив — объектив, в котором отсутствуют перспективные искажения и дифракция. Это позволяет производить измерения геометрии объектов с высокой точностью.
#2 Размер сенсора
Существует термин «поле изображения объектива», который означает площадь, на которую падает свет, проходящий через объектив. Информативным параметром «поля изображения объектива» является его диаметр, который, так же как и формат сенсора камеры (
d
), указывается в дюймах.

При неправильном подборе оптики возможно «виньетирование» изображения — явление частичного затемнения углов изображения. Такой эффект может возникнуть, если диагональ сенсора камеры окажется больше диаметра поля изображения объектива.

В идеальном случае объектив 1/3″ с креплением C-Mount (о креплении Вы узнаете в следующем пункте) следует устанавливать на камеру с сенсором формата 1/3″. В этом случае достигается оптимальное использование поля изображения. Если тот же объектив установить на камеру с диаметром сенсора 1/2″, то возникнет виньетирование.

Запомните! Диаметр поля изображения должен соответствовать диагонали сенсора или превышать его!

#3 Чем отличаются крепления?

Соединение между корпусом камеры и объектива называется креплением. Крепления соответствуют определенному стандарту и маркируются по типу резьбового соединения на стороне камеры.

Крепление объектива S-Mount CS-Mount C-Mount M42×1 F-Mount
Размер сенсора камеры От 1/6″ до 1/2.5″ От 1/2″, 1/3″ и меньше 1/2″, 2/3″ и 1″ 13/8″ и меньше
Тип камеры Матричная Матричная Матричная, линейная Линейная
Возможность установки на камеру с резьбой CS-Mount Необходимо переходное кольцо Да Необходимо переходное кольцо Нет
Стоимость $ $$ $$$ $$ $$

#4 О чем говорит разрешающая способность объектива?

Объектив должен обладать достаточной разрешающей способностью, соответствующей размерам пикселя матрицы. Разрешающая способность объектива указывается в парах линий на миллиметр и определяет, сколько линий можно четко различить в одном миллиметре. Чем больше пар линий различимо, тем выше разрешающая способность объектива.

Зная число пар линий на миллиметр N у объектива (указывается в технической документации), можно определить размер пикселя объектива X × X [мкм×мкм]. Для этого воспользуйтесь формулой:

Полученное значение необходимо сравнить с размером пикселя матрицы камеры, которая была выбрана ранее.

Запомните! Размер пикселя объектива должен быть меньше либо равен размеру пикселя матрицы!

#5 Объектив с каким фокусным расстоянием выбрать?

Фокусным расстоянием называется расстояние между оптическим центром объектива и матрицей. Все проходящие лучи света, параллельные оптической оси, пересекаются в точке фокусировки. Таким образом, фокусное расстояние

f объектива зависит от преломляющей способности установленных в нем линз и выражается в миллиметрах.

Стоит заметить, что чем меньше фокусное расстояние, тем больше угол обзора, больше оптические искажения и меньше рабочее расстояние.

Фокусное расстояние определяется шириной сенсора, параметрами объекта и рабочим расстоянием. У каждого объектива существует минимальное рабочее расстояние (указывается в характеристиках), которое необходимо учитывать при проектировании системы. Для того чтобы Вам было проще рассчитать фокусное расстояние для Вашей системы, мы предлагаем воспользоваться онлайн-калькулятором.

#6 Что такое диафрагма, и на что она влияет?

Выбор значения диафрагмы объектива непосредственно влияет на качество и яркость изображения. Число F (или деление диафрагмы) представляет собой отношение фокусного расстояния к диаметру отверстия объектива и определяет, насколько раскрыта диафрагма.

Высокое число F означает, что диафрагма раскрыта мало, то есть на сенсор попадает мало света. Если же диафрагма раскрыта широко, то на сенсор попадает больше света, а значит, для получения качественного изображения потребуется меньше дополнительных источников света.

Следовательно, в условиях недостаточной освещенности съемку следует вести с широко раскрытой диафрагмой. Однако при малом раскрытии диафрагмы уменьшаются нежелательные явления, такие как виньетирование и другие аберрации, а также увеличивается глубина резко изображаемого пространства(❓).

Подведем итог

Основываясь на данной статье, Вы можете с помощью фильтра в каталоге определить какие объективы подходят для Вашей камеры.

После подбора оптики проконтролируйте себя и ответьте на следующие вопросы:

  1. Крепление объектива совпадает с креплением камеры? Если нет, то имеется ли возможность использовать переходное кольцо?
  2. Рассчитанное фокусное расстояние совпадает с фокусным расстоянием, которое обеспечивает выбранный объектив?
  3. Можно ли использовать выбранный объектив для Вашего рабочего расстояния?
  4. Диаметр поля изображения объектива соответствует диаметру сенсора выбранной камеры?

Если Вы получили 4 утвердительных ответа, то мы Вас поздравляем! Вы абсолютно верно подобрали объектив для проектируемой системы машинного зрения.

Разрешающая способность оптических приборов

| на главную | доп. материалы | физика как наука и предмет | оптика, квантовая природа излучения |

Организационные, контрольно-распорядительные и инженерно-технические услуги

в сфере жилой, коммерческой и иной недвижимости. Московский регион. Официально.

Используя даже идеальную оптическую систему (такую, для которой отсутствуют дефекты и аберрации), невозможно получить стигматическое изображение точечного источника, что объясняется волновой природой света. Изображение любой светящейся точки в монохроматическом свете представляет собой дифракционную картину, т. е. точечный источник отображается в виде центрального светлого пятна, окруженного чередующимися темными и светлыми кольцами.

Согласно критерию Рэлея, изображения двух близлежащих одинаковых точечных источников или двух близлежащих спектральных линий с равными интенсивностями и одинаковыми симметричными контурами разрешимы (разделены для восприятия), если центральный максимум дифракционной картины от одного источника (линии) совпадает с первым минимумом дифракционной картины от другого (рис. 265, а). При выполнении критерия Рэлея интенсивность «провала» между максимумами составляет 80% интенсивности в максимуме, что является достаточным для разрешения линий l

1 и l2. Если критерий Рэлея нарушен, то наблюдается одна линия (рис. 265, б).

1. Разрешающая способность объектива. Если на объектив падает свет от двух удаленных точечных источников S1 и S2 (например, звезд) с некоторым угловым расстоянием dy, то вследствие дифракции световых волн на краях диафрагмы, ограни­чивающей объектив, в его фокальной плоскости вместо двух точек наблюдаются максимумы, окруженные чередующимися темными и светлыми кольцами (рис. 266). Можно доказать, что две близлежащие звезды, наблюдаемые в объективе в монохроматическом свете, разрешимы, если угловое расстояние между ними

                                                 (183.1)

где l — длина волны света, D — диаметр объектива.

Разрешающей способностью (разрешающей силой) объектива называется величина

где dy — наименьшее угловое расстояние между двумя точками, при котором они еще оптическим прибором разрешаются.

Согласно критерию Рэлея, изображения двух одинаковых точек разрешимы, когда центральный максимум дифракционной картины для одной точки совпадает с первым минимумом дифракционной картины для другой (рис. 266). Из рисунка следует, что при выполнении критерия Рэлея угловое расстояние dy между точками должно быть равно j, т. е. с учетом (183.1)

Следовательно, разрешающая способность объектива

                                                  (183.2)

т. е. зависит от его диаметра и длины волны света.

Из формулы (183.2) видно, что для увеличения разрешающей способности оптичес­ких приборов нужно либо увеличить диаметр объектива, либо уменьшить длину волны. Поэтому для наблюдения более мелких деталей предмета используют ультрафиолето­вое излучение, а полученное изображение в данном случае наблюдается с помощью флуоресцирующего экрана либо фиксируется на фотопластинке. Еще большую разрешающую способность можно было бы получить с помощью рентгеновского излучения, но оно обладает большой проникающей способностью и проходит через вещество не преломляясь; следовательно, в данном случае невозможно создать преломляющие линзы. Потоки электронов (при определенных энергиях) обладают примерно такой же длиной волны, как и рентгеновское излучение. Поэтому электронный микроскоп имеет очень высокую разрешающую способность.

Разрешающей способностью спектрального прибора называют безразмерную ве­личину

                                                    (183.3)

где dl — абсолютное значение минимальной разности длин волн двух соседних спект­ральных линий, при которой эти линии регистрируются раздельно.

2. Разрешающая способность дифракционной решетки. Пусть максимум т-го поряд­ка для длины волны l2 наблюдается под углом j, т. е., согласно (180.3), dsinj=ml2. При переходе от максимума к соседнему минимуму разность хода меняется на l/N (см. (180.4)), где N — число щелей решетки. Следовательно, минимум l1, наблюдаемый под углом jmin, удовлетворяет условию dsinjmin=ml1+l1/N. По критерию Рэлея, j =jmin, т. е. ml2=ml1+l1/N или l2/(l2l1)=mN. Tax как l1 и l2 близки между собой, т. е. l2–l1=dl то, согласно (183.3),

Таким образом, разрешающая способность дифракционной решетки пропорциональна порядку m спектра и числу N щелей, т. е. при заданном числе щелей увеличивается при переходе к большим значениям порядка m интерференции. Современные дифракционные решетки обладают довольно высокой разрешающей способностью (до 2×105).


Определение реальной разрешающей способности | СЕКЬЮРИТИ ЦЕНТР C&T

Проектируя охранную телевизионную систему, обычно принимают в расчет заявленную в паспорте разрешающую способность телевизионной камеры. Исходя из этого, определяют зоны наблюдения и места установки телевизионных камер, вычисляют углы поля зрения и выбирают объективы. Затем закупают мультиплексоры, видеомагнитофоны и другие устройства. Монтажники прокладывают кабели, устанавливают телекамеры и аппаратуру, и, наконец, система включается. С первого взгляда все работает нормально, на мониторах видны изображения помещений и территорий объекта. Но при первом же инциденте выясняется, что лицо нарушителя невозможно различить. Не виден номер въезжающего автомобиля, а иногда невозможно даже различить его марку. В темное время суток дела обстоят еще хуже: изображения деталей размыты, движущиеся объекты смазаны. В результате, телевизионная система вместо полноценного наблюдения предоставляет службе охраны функции, близкие к возможностям обычных охранных датчиков. Происходит это из-за того, что при проектировании системы не учитываются реальная разрешающая способность телевизионных камер и ее зависимость от освещенности, глубина резкости, а также потери разрешающей способности в кабельной сети, мультиплексорах, видеомагнитофонах и других устройствах. В статье рассматриваются факторы, влияющие на разрешающую способность телевизионной камеры, работающей в составе охранной телевизионной системы.

Разрешающая способность телевизионной камеры и число элементов фотоприемника

Параметр «разрешающая способность» пришел в телевидение из оптики. Первоначально, за предел разрешающей способности, согласно критерию Рэлея, понималось расстояние между двумя точками, при котором центр одного пятна совпадает с серединой первого темного дифракционного кольца второго пятна (рис. 1)

                                                                     

 

Рис. 1 Разрешающая способность оптической системы
E max, E min — освещенности светлого и темного дифракционных колец соответственно, D — диаметр входного зрачка, f’ — заднее фокусное расстояние, δ — линейный предел разрешения, λ — длина волны света.

 

При этом относительная разность освещенностей в двух рядом расположенных точках (глубина модуляции сигнала на частоте максимального разрешения) примерно равна 26% от максимальной освещенности [ 1 ]. С появлением дискретных фотоприемников (матрицы ПЗС) понятие оптической разрешающей способности стало неточным из-за появления эффекта наложения пространственных частот штрихов миры и фоточувствительных элементов матрицы. Тем не менее, параметр разрешающая способность используется в рекламных проспектах на телевизионные камеры.

Нужно отметить, что разрешающая способность дискретного фотоприемника зависит от положения штрихов испытательной миры относительно сетки элементов фоточувствительной матрицы.

 

а)

b)

 

Рис. 2 Иллюстрация изменения максимальной разрешающей способности дискретного фотоприемника при сдвиге его относительно изображения миры на 1/2 размера элемента
а) центры штрихов совпадают с центрами элементов изображения, b) центры штрихов сдвинуты на половину размера элемента

 

Видно (рис. 2), что в случае, когда число штрихов миры равно числу элементов фотоприемника по измеряемой координате, может быть два крайних значения разрешающей способности. Если штрихи миры попадут точно по центру элементов матрицы ПЗС, то разрешение на выходе камеры будет максимальным, и на видеомониторе будет видно тонкую решетку. Если сместить миру на половину штриха, то максимумы и минимумы изображения штрихов попадут посередине между элементами ПЗС и в каждом элементе будет половинный сигнал (средний между черным и белым) и на экране монитора будет только ровный серый фон. При числе штрихов горизонтальной миры меньше или больше числа элементов матрицы, также будет наблюдаться ровный серый фон при смещении положения миры, но уже не на всем изображении, а в виде отдельных вертикальных столбиков (муаров). При уменьшении числа штрихов миры, видимость муаров будет уменьшаться, однако, даже при половинном их числе относительно числа элементов ПЗС они будут еще достаточно хорошо видны. 

Для того, чтобы согласовать параметр разрешающая способность с числом элементов матрицы ПЗС по данной координате было предложено для определения разрешающей способности умножать число элементов на коэффициент 0,75. В настоящее время в охранных телевизионных камерах наиболее распространены матрицы ПЗС двух типов: стандартного и высокого разрешения, с числом элементов по строке 500 и 750 соответственно (В настоящее время в новейших телевизионных камерах для охранных систем начинают использовать «мегапиксельные» матрицы ПЗС, аналогичные матрицам цифровых фотоаппаратов. Разрешающая способность таких камер с числом элементов по строке около 1600 превышает 1000 телевизионных линий). Умножая на 0,75, мы получим примерно 380 и 560 телевизионных линий для телекамер стандартного и высокого разрешения. Первое время производители телекамер указывали в паспортах именно эти значения. К сожалению, некоторые фирмы в рекламных целях пытаются увеличить общепринятый коэффициент и указывают разрешающие способности для своих камер 420 и 600 линий, хотя в них используются такие же матрицы ПЗС с числом элементов 500 и 750 соответственно.

 

Недокументированный параметр телекамер — глубина модуляции сигнала на частоте максимального разрешения

Сравнивая между собой камеры, выполненные на одних и тех же матрицах ПЗС можно видеть, что, несмотря на заявленные одинаковые разрешающие способности, четкость формируемых ими изображений различна. Некоторые камеры, даже выполненные на матрицах высокого разрешения, имеют нечеткое, «мутное» изображение, другие камеры, наоборот, приятно удивляют филигранной прорисовкой мелких деталей. Тем не менее, формально, разрешающая способность камеры, формирующей нечеткое изображение, соответствует значению, указанному в паспорте. Если внимательно вглядеться в изображение вертикального клина тест-таблицы, формируемого этой камерой, то с трудом, но все-таки, можно увидеть, заявленные в паспорте 560 линий. В «четких» же камерах эти линии видны без труда, они хорошо «прорисовываются» и имеют высокий контраст. Почему такая разница четкости в камерах на одних и тех же матрицах ПЗС?

 

Рис. 3 Частотно-контрастная характеристика телевизионной камеры высокого разрешения при выключенном корректоре четкости

Если в телевизионной камере не принять мер к коррекции частотно-контрастной характеристики объектива, то в результате формируемое изображение будет нечетким, что нередко можно наблюдать в дешевых камерах восточной сборки. В камерах более высокого класса устанавливают специальные корректоры четкости, компенсирующие потери в объективе. Корректоры бывают разные. В простом случае (например, камера WAT-902H фирмы WATEC) устанавливают асимметричный корректор, подчеркивающий первую производную сигнала. Лучшие результаты дают симметричные адаптивные корректоры четкости, учитывающие вторую производную сигнала, степень коррекции которых зависит от освещенности изображения (камера VNC-742 фирмы ЭВС). Для оценки реальной четкости изображения используется параметр «глубина модуляции сигнала на частоте максимального разрешения», равный отношению размахов сигналов от мир с числом штрихов, равным максимальному разрешению и с минимальным числом штрихов (крупная деталь изображения). Видно (рис 4), что амплитуда сигнала на частоте 550 линий в камере с симметричным корректором четкости заметно превосходит эти значения в камерах с корректором по первой производной и, тем более, в камере без корректора четкости.

 

 

 Рис. 4 Изображения (вверху) и осциллограммы строки 550 телевизионных линий (внизу) вертикального клина, полученные с помощью трех различных телевизионных камер высокого разрешения, при установленных в них одинаковых объективах TO412FICS при значении диафрагмы F 8,0.
а) — телевизионная камера без корректора четкости CV-300, б) — телевизионная камера с несимметричным корректором четкости WAT-902H, в) — телевизионная камера с адаптивным, симметричным корректором четкости VNC-742

 

К сожалению, параметр глубина модуляции (в некоторых источниках называемый «амплитуда частотно-контрастной характеристики на частоте максимального разрешения») не приводится в рекламных проспектах и паспортах на телевизионные камеры. Поэтому, реальную разрешающую способность телевизионной камеры можно оценить, только наблюдая формируемое камерой изображение в процессе ее испытания.

 

Потери разрешающей способности и глубины резкости в объективах с автоматической диафрагмой.

Для расширения диапазона рабочих освещенностей телевизионных камер в них устанавливают объективы с автоматической регулировкой диафрагмы (АРД). При использовании таких объективов можно получить диапазон рабочих освещенностей от 0,01 люкс до 100000 люкс и даже шире, то есть, обеспечить работу камеры и днем и ночью. Особенно популярны в настоящее время так называемые «асферические» объективы с минимальным относительным отверстием достигающим 0,75. Однако, с точки зрения разрешающей способности, при использовании АРД объективов возникает ряд неприятных моментов:

  1. Глубина модуляции сигнала на высоких пространственных частотах в АРД объективах зависит от значения диафрагмы и при полностью открытой диафрагме может уменьшаться в 10 и более раз.
  2. Глубина резкости (диапазон расстояний, в пределах которых обеспечивается заданная четкость изображения) еще в большей степени зависит от величины диафрагмы и при полностью открытой диафрагме минимальна.
  3. Светорассеяние в объективе также зависит от значения диафрагмы и становится максимальным при полностью открытой диафрагме.

Следовательно, разрешающая способность и контраст изображения телекамеры с АРД объективом значительно ухудшаются в вечернее, и особенно ночное время, когда диафрагма объектива полностью открыта (рис. 5).

 

Рис. 5 Зависимость глубины модуляции сигнала (амплитуды частотно-контрастной характеристики) на горизонтальной мире 550 ТВЛ от относительного отверстия объектива (значения диафрагмы) в телевизионной камере высокого разрешения при установленном объективе TO412FICS фирмы Computar. Значение при F 0,8 получено при установленном асферическом объективе HG0608AFCS-HSP этой же фирмы. — а) Изображения центральной части тест-таблицы, формируемые телевизионной камерой высокого разрешения при установленном объективе с относительными отверстиями F 0,8 — б), F 2,0 — в) и F 8,0 — г).

Фокусировать камеры с АРД объективами нужно обязательно в темное время суток, когда диафрагма объектива полностью открыта (глубина резкости минимальна), и включено соответствующее искусственное освещение.

В камерах с АРД объективами обязательно нужно отключать встроенную систему электронного затвора, иначе диафрагма объектива будет полностью открыта не только ночью, но и днем с вытекающими из этого потерями разрешающей способности и глубины резкости.

 

 

а) б)

Рис. 6 Иллюстрация уменьшения разрешающей способности при наблюдении телекамерой текста с различными величинами шрифта при отношении сигнал/шум 40 дБ — а) и при отношении сигнал/шум 20 дБ — б).

 

Потери разрешающей способности в кабельной сети.
Потери разрешающей способности в мультиплексорах, видеомагнитофонах, платах ввода изображения в компьютер и видеомониторах.

Таблица 1 Разрешающая способность современных мультиплексоров

Фирма изготовитель Тип мультиплексора Число выборок АЦП в строке Разрешающая способность на магнитофонном выходе (ТВЛ) Режекторный фильтр (в диапазоне 350 — 450 ТВЛ) Способ записи сигнала
BAXALL ZMXS/16MD 720 500 Не отключается Полями
ROBOT MV16i 640 320 Не отключается Полями
Dedicated Micros Sprite DX16 1024 530 Выключен Полями
GYYR DSP16x 750 550 отключается Полями
HITRON HBX16C 640 320 Не отключается Полями
KALATEL CALIBUR CBR16MDx 750 550 отключается Полями
ATV (Цветной) DPX16 720 540 Не отключается Кадрами

Все приведенные выше замечания справедливы не только для мультиплексоров, но и для систем цифровой записи изображений (платы ввода телевизионного сигнала в компьютер, системы типа: Digieye, VidGuard и т.п.). При использовании алгоритмов компрессированной записи видеосигнала ( JPEG, Wavelet, MPEG-2, MPEG-4 ) в этих устройствах происходит дополнительная, необратимая потеря не только разрешающей способности, но и ряда малоконтрастных, мелких объектов, которые игнорируются при кодировании изображения, особенно при больших коэффициентах сжатия.

 

Выводы

  • Разрешающую способность телевизионных ПЗС камер принято определять числом элементов фотоприемника по соответствующим координатам, умноженным на коэффициент 0,75.
  • Реальная разрешающая способность камеры в телевизионной системе меньше расчетной по следующим причинам:

    1. Из-за потери разрешающей способности в объективах. Особенно заметна потеря четкости в «асферических» АРД объективах при полностью открытой диафрагме, когда глубина модуляции сигнала на частоте разрешения и глубина резкости уменьшаются в 10 и более раз. Максимальные потери возникают на краях изображения. Потери четкости возникают также из-за дрожания воздушных потоков перед камерой и от естественного загрязнения стекол объективов.

    2. Из-за маскирующего влияния шума в темное время суток, а также из-за изменение фокусировки объектива при использовании искусственного освещения со спектральной характеристикой, отличающейся от естественного.

    3. Из-за завала высоких частот видеосигнала в соединительных кабелях.

    4. Из-за потери разрешающей способности в других блоках телевизионной системы, в первую очередь в мультиплексорах, видеомагнитофонах и цифровых видеорегистраторах.

    5. Из-за потери разрешающей способности в малогабаритных видеомониторах, обусловленной конечными размерами зерен люминофора кинескопов.

  • Суммарное ухудшение разрешающей способности телевизионных камер в охранных телевизионных системах может уменьшаться по сравнению с расчетным до 2-х раз днем до 3 — 5 раз и более, ночью.
  • При построении охранных систем необходимо учитывать возможные потери разрешающей способности телевизионных камер и принимать дополнительные меры по усилению охраны объекта. Способ повышения надежности системы состоит в установке дополнительных телевизионных камер и охранных датчиков в наиболее сложных местах наблюдения, а также в обеспечении более интенсивного, а, главное, более равномерно распределенного искусственного освещения в ночное время.

 

Список литературы.

  1. Оптические головки передающих телевизионных камер цветного телевидения: Справочник/ Н.И. Валов, О.Н. Василевский, А.Н. Великожон и др. под общ. Ред. О.Н. Василевского. — Л.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1988 — 109 с,, ил.
  2. Космическое телевидение. Изд. второе, дополненное, М., «Связь», 1973.

А. Куликов  

Подготовлено по материалам Интернет-портала по безопасности http://www.sec.ru/

Разрешающая способность — объектив — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Разрешающая способность — объектив

Cтраница 1

Разрешающая способность объектива часто оценивается максимальным числом черных полосок ( штрихов) на белом фоне ( или наоборот), различимых на одном миллиметре изображения.  [1]

Разрешающая способность объектива пропорциональна диаметру объектива и обратно пропорциональна длине световой волны. Увеличение с помощью окуляра изображения, получаемого в объективе, не изменяет разрешающей способности прибора.  [2]

Разрешающая способность объектива используется полностью только в том случае, если раскрытие апертурной диафрагмы микроскопа обеспечивает полное заполнение светом диафрагмы объектива. Как увидим позже, при правильной установке диафрагм это условие для объективов-ахроматов не реализуется.  [3]

Разрешающая способность объектива прямо пропорциональна диаметру объектива и обратно пропорциональна длине световой волны. Увеличение с помощью окуляра изображения, получаемого в объективе, не изменяет разрешающей способности прибора.  [4]

Разрешающая способность объективов фотоаппаратов равна 30 4 — 500 строк.  [5]

Разрешающая способность объективов типа МТ разных увеличений должна быть не менее: для 1х — 120 штрихов на 1 мм; для 1 5х — 130 штрихов на 1 мм; для 3х — 200 штрихов на 1 мм; для 5х — 170 штрихов на 1 мм; для 9х — 200 штрихов на 1 мм. В случае соответствующего качества изображения и высокой разрешающей способности, определяемой хорошей сборкой и центрировкой линз в оправах, производят установку линейного увеличения визирных объективов типа МТ на микроскопах по контрольной образцовой шкале. Допустимые отклонения линейного увеличения для различных объективов имеют следующие значения: для объективов 3х, 5х и 9х — 0 0005 мм; для объективов 1х и 1 5х — 0 002 мм.  [6]

Определим предельную разрешающую способность объектива телескопа.  [7]

От чего зависит разрешающая способность объектива.  [8]

При работе с конденсором разрешающая способность объектива увеличивается.  [10]

Качество изображения, центрировки и разрешающая способность объективов микроскопов, зрительных труб, отсчетных объективов, коллиматорных объективов подвижной и неподвижной кареток ( для катетометров КМ-9) проверяются на длиннофокусном коллиматоре с фокусным расстоянием объектива 1200 мм по точке и мире.  [12]

Применяя конденсор, можно увеличить разрешающую способность объектива. В этом случае общая апертура складывается из апертуры объектива и апертуры конденсора.  [13]

Для того чтобы количественно охарактеризовать разрешающую способность объектива оптического прибора, воспользуемся критерием Рэлея ( § 62.4): изображения двух точек будут видны раздельно, если главный максимум одного из них расположен не ближе первого минимума другого.  [14]

Разрешающая сила телевизионной системы зависит от разрешающей способности объектива передающей камеры и от разрешающей способности других элементов телевизионной системы, состоящей из передающей и приемной трубок и электрического канала.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Увеличение и разрешающая способность светового микроскопа

Микроскоп – сложная оптическая система, позволяющая увеличивать изображение исследуемого объекта с десятки и сотни раз. У всех них есть принцип действия, а также характеристики, от которых зависит сфера работы каждого увеличительного прибора.

Увеличение микроскопа

Работа со световым микроскопом проводится для получения изображения под увеличением. Различают несколько его типов: объектив, окуляр, а также диапазон увеличения. Также у современного оборудования есть и цифровое.

Во сколько раз увеличивает световой микроскоп?

В обычном устройстве установлены две линзы, которые являются короткофокусными. Это окуляр и объектив.

Окуляр – это часть увеличительного прибора, устанавливаемая в окулярный узел, куда непосредственно смотрит исследователь. Его кратность в среднем составляет 10-20, величина этого параметра зависит от марки и вида прибора. Эти элементы могут быть съемные, а могут и быть установлены стационарно.

Как определить увеличение светового микроскопа?

Увеличение изображения, обеспечиваемое световым микроскопом, соответствуют произведению усиления окуляра и объектива. То есть изображение, которое мы видим при увеличении объекта, является совместной работой одного и второго элемента.

Объективы же – это элементы, которые также имеют в совеем составе увеличительные линзы. Данная конструкция закреплена на револьверном блоке, на котором может быть несколько объективов.

Например, если окуляр имеет значение кратности 10, а объектив – 20, то общее увеличение составляет 200 крат. Чтобы добиться необходимого размера, стоит поставить лишь подходящие оптические элементы. Однако, есть и ограничения в этом показателе.

Во сколько раз он увеличивает изображение максимально?

Даже самые современнее и мощные микроскопы не смогут увеличить объект свыше 2000 крат, так как изображение будет просто нечетким, и его визуализация будет невозможна.

Цифровое увеличение же зависит от возможности камеры, а также параметров экрана, на который будет выводиться изображение.

Поле зрения микроскопа

Поле зрения является параметром, характеризующий предельно максимальный диаметром области, который может быть визуализирован человеческим глазом при исследовании через окуляр. Зависит поле зрения от:

  • Характеристик окуляра;
  • Особенностей объектива;
  • Диаметра тубуса.

Данную величину можно рассчитать в миллиметрах, если исследовать миллиметровую шкалу линейки через микроскоп, при этом поле зрения не зависит от кратности увеличения окуляра.

Диаметр выходного зрачка микроскопа

Для того, чтобы определить такой показатель, как диаметр выходного зрачка, необходимо применение динаметра Рамсдена. Также для измерения такой величины может использоваться диоптрийная трубка со стеклянной шкалой. В фокальной плоскости анной лупы расположена сетка, цена деления которой составляет 0,1 миллиметр.

Разрешающая способность

Важными параметрами для увеличительного оборудования является и разрешающая способность светового микроскопа.

Смыслом определения разрешающая способность светового микроскопа, является возможность оптической системы четко различать две рядом расположенные точки. Это минимальное расстояние, расположенное между двумя точками, различающимися отдельно друг от друга.

Есть пределы разрешения светового микроскопа.

Максимальная разрешающая способность равна 0,25 мкм, это предел разрешающей способности светового микроскопа.

Если не достигнут предел разрешения светового микроскопа, то ее можно увеличить. Это возможно путем увеличения апертуры объектива или уменьшением длины волны света.

Полезное увеличение

Это показатель, который определяет увеличение, способное увидеть глазом исследователя, равное разрешающей способности прибора.

Это означает, что разрешающая способность человеческого глаза равна такому же показателю увелиивающего устройства. Для того, чтобы определить максимальную разрешающую способность объектива, необходимо подобрать от 500 до 1000 крат.

Минимальное полезное увеличение – это числовая апертура, помноженная на 500. Соответственно, максимальное увеличение – это числовая апертура, умноженная на 1000. Использование значений, менее минимальных, не даст возможности использовать разрешающую способность в полном объеме, а работа на больших параметрах не дать более четкого изображения изучаемого объекта.

Какие органоиды можно увидеть в световой микроскоп?

При помощи него можно довольно детально изучить структуру и строение клетки и ее органелл. В стандартный световой микроскоп можно увидеть рибосомы, комплекс Гольджи, который был открыт именно при помощи данного оборудования Камилло Гольджи, ядро, вакуоли, митохондрии, хлоропласт. Также прекрасно визуализируется клеточная стенка.

При выборе такой аппаратуры очень важно понимать ее сферу применения, так как для школьной лаборатории вполне достаточными параметрами обладает обычный световой микроскоп, а для научно-исследовательской, медицинской лаборатории, его мощности будет недостаточно для достижения всех поставленных целей. Среди такой техники можно выделить оптические, электронные, рентгеновские микроскопы, сканирующие оптические микроскопы ближнего поля и другие.

Разрешение телескопа – Статьи на сайте Четыре глаза


Полезная информация

Главная » Статьи и полезные материалы » Телескопы » Статьи » Разрешающая способность телескопа

Под разрешающей способностью телескопа понимают минимальный различимый угол между двумя зрительными линиями, проведенными к двум точкам – например, к находящимся вблизи друг от друга звездам. Когда два объекта, расположенные в 5 угловых секундах углового расстояния друг от друга, с трудом видны в телескоп одновременно, считается, что показатель его разрешающей способности составляет пять угловых секунд. Увеличение разрешающей способности телескопа позволяет получить более детальную картину небесного тела при наблюдении.

Согласно критерию Рэлея, возможность разделения двух близко расположенных друг к другу объектов исчезает, когда угловое расстояние между ними имеет значение меньше менее 2,5 х 105λ/D. В этой формуле D обозначает ширину линзы объектива, а λ – длину световой волны.

Например, телескоп-рефлектор с шириной линзы в 100 миллиметров дает возможность воспринимать отдельно звезды, угловое расстояние между которыми равно одной секунде дуги.

В реальности вычисляемая по этой формуле разрешающая способность недоступна телескопам, у которых диаметр объектива превышает полметра. На практике она будет несколько ниже, вследствие рассеивания света в атмосфере. А для телескопа «Хаббл», который находится за пределами атмосферы, не существует атмосферных помех. Потому (а еще благодаря линзе диаметром 2,4 метра) с его помощью можно достичь теоретического значения разрешений, а именно 0,04 угловой секунды. В итоге телескоп Хаббла, с его разрешающей способностью, выдает заметно более подробную картинку, чем устройства аналогичной величины, находящиеся на земной поверхности.

При выборе телескопа для наблюдений стоит определиться с необходимой вам разрешающей способностью. Логично, что чем выше разрешающая способность, тем больше деталей вы сможете увидеть. Выбирайте соответствующий телескоп, богатый ассортимент которых представлен на страницах нашего магазина.

Как известно, по оптической модели телескопы делятся на три крупных класса – рефлекторы, рефракторы и катадиоптрики (зеркально-линзовые).

Рефлекторы, имеющие диагональное зеркало, при прочих равных характеристиках отличаются невысокой разрешающей способностью в сравнении с рефракторами. Их преимущество – невысокая цена. Но если вы планируете внимательно рассмотреть поверхность Луны, увидеть структуру объектов глубокого космоса, разделить двойные звезды, стоит отдать предпочтение телескопам-рефракторам. Малое рассеивание света и отсутствие центрального экранирования позволяют существенно увеличить разрешающую способность телескопа и получить максимально четкое изображение!

4glaza.ru
Декабрь 2017

Использование материала полностью для общедоступной публикации на носителях информации и любых форматов запрещено. Разрешено упоминание статьи с активной ссылкой на сайт www.4glaza.ru.

Производитель оставляет за собой право вносить любые изменения в стоимость, модельный ряд и технические характеристики или прекращать производство изделия без предварительного уведомления.


Рекомендуемые товары


Смотрите также

Другие обзоры и статьи о телескопах и астрономии:

Обзоры оптической техники и аксессуаров:

  • Видео! Телескоп Sky-Watcher BK MAK80EQ1 и визуальное сближение Сатурна и Юпитера. Репортаж «Вести.Ru».
  • Видео! Телескоп с автонаведением Levenhuk SkyMatic 127 GT MAK: видеообзор модели (канал MAD SCIENCE, Youtube.com)
  • Обзор телескопа Sky-Watcher BK P150750EQ3-2 на сайте star-hunter.ru
  • Обзор оптической трубы Sky-Watcher BK MAK90SP OTA на сайте star-hunter.ru
  • Обзор телескопа Levenhuk Strike 1000 PRO на сайте www.exler.ru
  • Книги знаний издательства Levenhuk Press: подробный обзор на сайте levenhuk.ru
  • Видео! Книга знаний в 2 томах. «Космос. Микромир»: видеопрезентация (канал LevenhukOnline, Youtube.ru)
  • Видео! Книга знаний «Космос. Непустая пустота»: видеопрезентация (канал LevenhukOnline, Youtube.ru)
  • Видео! Монтировка Sky-Watcher EQ5 SynScan GOTO со стальной треногой: распаковка монтировки (канал «Небо – не предел», Youtube.ru)
  • Видео! Монтировка Sky-Watcher EQ5 SynScan GOTO со стальной треногой: сборка и настройка монтировки (канал «Небо – не предел», Youtube.ru)
  • Видео! Подробный обзор телескопа Sky-Watcher BK MAK90EQ1 (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Видео! Подробный обзор телескопа Levenhuk Strike 50 NG (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Видео! Телескоп Sky-Watcher Dob 76/300 Heritage: видеообзор настольного телескопа (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Видео! Подробный обзор любительского телескопа Levenhuk Skyline 90х900 EQ (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Видео! Подробный обзор детского телескопа Levenhuk Фиксики Файер (канал Kent Channel TV, Youtube.ru)
  • Обзор настольного телескопа Sky-Watcher Dob 130/650 Heritage Retractable
  • Обзор телескопа Sky-Watcher BK P130650AZGT SynScan GOTO
  • Обзор настольного телескопа Sky-Watcher Dob 76/300 Heritage
  • Видео! Как выбрать телескоп: видеообзор для любителей астрономии (канал LevenhukOnline, Youtube.ru)
  • Видео! Телескопы Sky-Watcher AZ: сборка и настройка телескопа (канал Sky-Watcher Russia, Youtube.ru)
  • Видео! Смотрите яркие видео, снятые телескопом с автонаведением Levenhuk SkyMatic 135 GTA
  • Видео! Телескоп с автонаведением Levenhuk SkyMatic 135 GTA (канал LevenhukOnline, Youtube.ru)
  • Видео! Телескопы Levenhuk Skyline: сборка и настройка телескопа (канал LevenhukOnline, Youtube.ru)
  • Обзор телескопа Добсона Levenhuk Ra 150N Dob
  • Обзор телескопа Bresser National Geographic 90/1250 GOTO
  • Обзор оптической трубы Levenhuk Ra R80 ED Doublet Carbon OTA
  • Обзор оптической трубы Levenhuk Ra R80 ED Doublet OTA
  • Обзор телескопа Bresser National Geographic 114/900 AZ
  • Инновационная встроенная система гидирования StarLock – сердце LX800
  • Уникальная монтировка-трансформер Meade LX80
  • Выпуск дизайнерских телескопов и биноклей Levenhuk
  • Сравнительная таблица телескопов Bresser и телескопов Celestron
  • Ищете телескоп? Попробуйте телескопы Levenhuk и Bresser

Статьи о телескопах. Как выбрать, настроить и провести первые наблюдения:

Все об основах астрономии и «космических» объектах:

  • Зачем астрономам прогноз погоды?
  • Астрономия под городским небом
  • Видео! Основы астрономии (канал «Вселенная с Алексом Фордом», Youtube.ru)
  • Видео! Основы строномии. Что такое эклиптика (канал «Вселенная с Алексом Фордом», Youtube.ru)
  • Видео! Солнечная система ч. 1 (канал «Вселенная с Алексом Фордом», Youtube.ru)
  • Видео! Солнечная система ч. 2 (канал «Вселенная с Алексом Фордом», Youtube.ru)
  • Видео! Созвездие Ориона (канал «Вселенная с Алексом Фордом», Youtube.ru)
  • Видео! Каталог Мессье (канал «Вселенная с Алексом Фордом», Youtube.ru)
  • Видео! Экзопланеты (канал «Вселенная с Алексом Фордом», Youtube.ru)
  • Видео! Небесные координаты. Горизонтальная система (канал «Вселенная с Алексом Фордом», Youtube.ru)
  • Видео! Небесные координаты. Галактическая система (канал «Вселенная с Алексом Фордом», Youtube.ru)
  • Видео! Небесные координаты. Эклиптическая система (канал «Вселенная с Алексом Фордом», Youtube.ru)
  • Видео! Небесные координаты. Экваториальные координаты (канал «Вселенная с Алексом Фордом», Youtube.ru)
  • Видео! Что такое солнечное затмение (и затмение 2015 г.) (канал «Вселенная с Алексом Фордом», Youtube.ru)
  • Как увидеть Луну в телескоп
  • Краткая история создания телескопа
  • Оптический искатель для телескопа
  • Делаем телескоп своими руками
  • Венера в объективе телескопа
  • Что можно разглядеть в телескоп
  • Выбираем телескоп для наблюдения за планетами
  • Телескоп Максутова-Кассегрена
  • Делаем телескоп своими руками из объектива фотоаппарата
  • Галилео Галилей и изобретение телескопа
  • Дешевый телескоп
  • Как выбрать астрономический телескоп
  • Какой телескоп ребенку точно понравится?
  • Как выглядит галактика Андромеды в телескоп
  • Как выбрать хорошие окуляры для телескопа
  • Главное зеркало телескопа: сферическое или параболическое?
  • Как работает телескоп
  • Фокусное расстояние телескопа
  • Апертура телескопа
  • Светосила телескопа
  • Почему телескоп переворачивает изображение
  • Лазерный коллиматор
  • Выбор телескопа для наземных наблюдений
  • Как найти планеты на небе в телескоп
  • Разрешающая способность телескопа
  • Производители телескопов
  • Телескопы Ричи-Кретьена
  • Адаптер для смартфона на телескоп
  • Как пользоваться телескопом
  • Строение телескопа
  • Почему вам нужно купить пленку-светофильтр для телескопа?
  • «Большой телескоп азимутальный» – крупнейший российский телескоп
  • Что такое линзовый телескоп?
  • Профессиональные телескопы: цены, особенности, возможности
  • Телескоп: руководство к действию
  • Как выглядит телескоп, подключаемый к компьютеру
  • «Телескоп ночного видения» – есть ли такой оптический прибор?
  • Ищете телескоп для смартфона? Подойдет любой!
  • Первый оптический телескоп, созданный Ньютоном
  • Bresser – знаменитые немецкие телескопы
  • Как найти Сатурн в телескоп?
  • Вселенная глазами телескопа «Хаббл»
  • Самый дорогой телескоп в мире
  • Фото галактик с телескопа «Хаббл» высокого разрешения
  • Марс в телескоп: фото и особенности наблюдений
  • Так ли плох телескоп из Китая?
  • Фото МКС в телескоп: как найти?
  • Где в Москве посмотреть в телескоп
  • Российские телескопы
  • Самые известные американские телескопы
  • Инфракрасный телескоп «Страж»
  • Как посмотреть на Солнце в телескоп и не ослепнуть?
  • Телескоп на орбите – современный научный инструмент для изучения космоса
  • Как появился «Хаббл» – космический телескоп НАСА
  • Самый мощный телескоп
  • Как смотреть космос: в телескоп или бинокль?
  • Рейтинг телескопов: как выбрать телескоп в сети
  • Как выглядят фото с любительских телескопов?
  • Бесплатные телескопы онлайн
  • Выбираем диаметр и кратность лупы (линзы) для телескопа
  • Как выбрать телескоп для любителей и начинающих?
  • Изучаем звездное небо: телескоп для наблюдений за дальним космосом
  • Гигантские телескопы
  • Астрономия детям: Солнечная система
  • Где читать новости астрономии и астрофизики?
  • Космос: астрономия – наука о необъятной Вселенной
  • Краткая история астрономии
  • Авторы учебников по астрономии
  • Астрономия: звезды, планеты, астероиды
  • Ищем сайт любителей астрономии
  • Выбираем телескопы для любителей астрономии
  • Новости астрономии в 2018 году
  • Где читать новости астрономии и космонавтики?
  • Титан – самый большой спутник планеты Сатурн
  • Сатурн (планета): фото из космоса
  • Ближайшие планеты Венеры
  • Нептун – какая планета от Солнца?
  • Каково расстояние от Нептуна до его спутника?
  • Венера: планета на небе
  • Какая самая маленькая планета в Солнечной системе?
  • Изучаем планеты Солнечной системы: Сатурн
  • Какая по счету планета Сатурн?
  • Какая планета от Солнца Уран?
  • Спутники Урана: список
  • Какого цвета Уран (планета)?
  • Почему Марс – Красная планета?
  • Планета Меркурий: интересные факты для детей
  • Планеты Солнечной системы: Уран
  • Европа – спутник Юпитера (фото)
  • Сколько спутников у Юпитера
  • Факты о Красной планете, или Какого цвета планета Марс?
  • Планета Венера: фото в телескоп
  • Планеты Солнечной системы: Нептун
  • Планета Уран: интересные факты
  • Юпитер (планета): интересные факты для детей
  • Какие планеты больше Юпитера?
  • Цвет планеты Меркурий
  • Самая маленькая планета Солнечной системы: Меркурий
  • Наблюдаем ближайший парад планет
  • Расстояние от Солнца до Юпитера
  • Марс – планета Солнечной системы
  • Новые исследования планеты Марс
  • WOH G64 – звезда в созвездии Золотой Рыбы
  • Взрыв Бетельгейзе
  • Самая яркая звезда в созвездии Лебедь
  • Созвездие Лебедь: звезда Денеб
  • Мирфак – ярчайшая звезда в созвездии Персея
  • Созвездие Южный Крест на карте звездного неба
  • Большой и Малый Пес – созвездия южного полушария неба
  • Большое и Малое Магеллановы Облака
  • Звезда Бетельгейзе относится к сверхгигантам или карликам?
  • Созвездие Большого Пса – легенда Южного полушария неба
  • Созвездие Большой Пес: яркие звезды
  • Созвездие Цефей: звезды
  • Созвездие Щита на небе
  • Созвездия зодиака (Стрелец) и астрономия
  • Созвездие Лебедь – легенда о появлении
  • Созвездия Кассиопея, Лебедь, Орион – рассказываем об астрономии детям
  • Как найти созвездие Скорпиона на небе
  • Как называются звезды в созвездии Скорпиона?
  • Созвездия Персей и Андромеда
  • Окуляр Супер Кельнер: схема, достоинства и недостатки
  • Окуляр Эрфле
  • Менисковый телескоп: особенности и назначение
  • Зрительная труба Кеплера
  • Объектив с постоянным фокусным расстоянием
  • Японские телескопы – какие они?
  • Хочу телескоп! Какой выбрать?
  • Крупнейшие метеориты, упавшие на землю
  • Магнитные вспышки на Солнце
  • Чем занять детей дома?
  • Чем заняться на карантине дома?
  • Чем заняться школьникам на карантине?
  • Карта подвижного звездного неба Северного полушария
  • Виды карт звездного неба
  • Подвижная карта звездного неба «Созвездия»
  • Карта звездного неба «Малая Медведица»
  • Астрономическая карта звездного неба
  • Созвездие Лебедя на карте звездного неба
  • Карта звездного неба Южного полушария
  • Созвездие Ориона на карте звездного неба
  • Комета Атлас на карте звездного неба
  • Созвездие Лиры на карте звездного неба
  • Как видны звезды в телескоп?
  • Как правильно установить телескоп?
  • Как наблюдать Солнце в телескоп?
  • Как собрать телескоп?
  • Как выглядит Луна в телескоп?
  • Как называется самый большой телескоп?
  • Какая галактика может поглотить Млечный Путь?
  • К какому типу галактик относится Млечный Путь?
  • Сколько звезд в Млечном Пути?
  • Что находится в центре галактики Млечный Путь?
  • Черная дыра в центре Млечного Пути
  • Положение Солнца в Млечном Пути
  • Структура Млечного Пути
  • Туманности галактики Млечный Путь
  • Млечный Путь и туманность Андромеды
  • Почему Млечный Путь – спиральная галактика?
  • Самые известные цефеиды
  • От чего зависит изменение блеска цефеиды?
  • Почему цефеиды называют маяками Вселенной и как ими пользуются астрономы
  • Что остается на месте вспышки сверхновой звезды: черные дыры и не только
  • Что остается после взрыва сверхновых звезд в космосе
  • Существующие типы сверхновых звезд
  • Сверхновая нейтронная звезда: что это такое?
  • Окажется ли Солнце в стадии красного гиганта
  • Характеристика последовательности красных гигантов – особенности звезд
  • Что такое Солнце: красный гигант или желтый карлик?
  • Звезда Рас Альхаге
  • Звезда Таразед
  • Шаровые звездные скопления
  • Чем различаются рассеянные и шаровые скопления
  • Основные части радиотелескопа
  • Крупнейший радиотелескоп
  • Радиотелескоп FAST
  • Система, которая объединяет несколько радиотелескопов
  • Как построить сферу Дайсона
  • Излучение Хокинга простыми словами
  • Как найти Полярную звезду на звездном небе
  • Как называется наша Галактика
  • Возраст Вселенной
  • Великая стена Слоуна
  • Из чего состоят звезды
  • Ядро звезды
  • Эффект Доплера
  • Сила гравитации
  • Закон Хаббла
  • Астеризм
  • Чем отличается комета от астероида
  • Байкальский нейтринный телескоп
  • Проект «Радиоастрон»
  • Большой магелланов телескоп
  • Виртуальный телескоп в реальном времени
  • Метеорный поток
  • Экзопланеты, пригодные для жизни
  • Туманность Ориона на небе
  • Крабовидная туманность
  • Самый большой квазар во Вселенной
  • Астрокупол
  • Древние обсерватории
  • Специальная астрофизическая обсерватория РАН
  • Пулковская обсерватория
  • Астрономические обсерватории
  • Астрофизическая обсерватория в Крыму
  • Мауна-Кеа обсерватория
  • Обсерватория Эль-Караколь
  • Гозекский круг
  • Монтировка для телескопа своими руками
  • Что такое двойные системы звезд
  • Каковы размеры Вселенной: можно ли ответить на этот вопрос?
  • Что такое Бозон Хиггса простыми словами
  • Что такое летящая звезда Барнарда
  • Паргелий (ложное Солнце): что это такое?
  • Что такое гамма всплески во Вселенной
  • Кто установил факт ускоренного расширения Вселенной
  • Коричневый карлик – звезда или планета
  • Как называются галактики, входящие в местную группу
  • Какие тайны хранит яркая звезда Арктур
  • Как объяснить, почему ночью небо черное
  • Телескоп Tess и его достижения
  • Седна – карликовая планета или планета?
  • Чем удивляет планета Эрида
  • Загадочные Троянские астероиды
  • Хаумеа – самая быстрая карликовая планета
  • Между орбитами каких планет Солнечной системы проходит пояс астероидов
  • Самый крупный объект Главного пояса астероидов
  • Главные объекты пояса Койпера
  • Из чего состоит Облако Оорта и пояс Койпера
  • Карликовые планеты Солнечной системы: список
  • История черных дыр
  • Что такое поток Персеиды?
  • Тень лунного затмения
  • Период противостояния Марса: что это?
  • Венера: утренняя звезда
  • Важнейшие типы небесных тел в Солнечной системе
  • Зеркало для телескопа: виды и ключевые типы систем
  • Созвездия знаков зодиака на небе
  • Как увидеть спутник?
  • Где обратная сторона Луны и что там находится?
  • Расположение Солнечной системы в галактике Млечный Путь
  • Ученые обнаружили самую далекую галактику
  • Вспышка сверхновой звезды простыми словами
  • Войд Волопаса – загадочное место во Вселенной
  • Можно увидеть МКС без телескопа?
  • Самые сильные вспышки на Солнце
  • Какова природа полярного сияния
  • Лунный модуль «Аполлон» – первый космический «лифт»
  • Почему звезды разного цвета и кому это нужно
  • Проблема космического мусора все еще не решена
  • Самый редкий знак зодиака – Змееносец
  • Солнечное затмение 2021 года в России – запасайтесь светофильтрами
  • Самая-самая комета 2021 – январь преподнес сюрприз
  • Очередной «апокалиптический» метеорит в 2021 году
  • Климатическая карта ветра – незаменимый помощник астронома
  • Сколько лететь до ближайшей звезды
  • Что такое кратная система звезд
  • Как зависит от яркости обозначение звезд
  • Почему в космосе не видно звезд
  • Что видно из космоса на Земле
  • Пульсар – космический объект
  • Аккреционный диск черной дыры
  • Галактика Хога: уникальная космическая симметрия
  • Характеристики и состав эллиптических галактик
  • Особенности и структура неправильных галактик
  • Классификация галактик: виды и строение самых больших космических объектов
  • Где расположена галактика Треугольника и в чем ее особенности?
  • Что является источником излучения в радиогалактиках и как они возникают
  • Яркий блазар: наблюдается сверху и постоянно меняется
  • Как происходит звездообразование в галактике
  • Самые красивые и необычные имена галактик
  • Что такое перицентр орбиты и где он расположен
  • Что такое апоцентр, взаимосвязь апоцентра и перицентра
  • Меры расстояния в космосе: астрономический парсек
  • Понятие и даты прохождения через перигелий
  • Что такое точка афелия и когда планеты ее проходят
  • Марсоход NASA Perseverance – очередной искатель жизни в космосе
  • Корабль Crew Dragon – американцы снова летают к МКС
  • Славная страница отечественной космонавтики – орбитальная космическая станция МИР
  • Пилотируемый корабль «Союз» в ожидании преемника
  • Лунная программа Роскосмоса и другие изменения в политике корпорации
  • Тяжелая ракета «Ангара» официально доказала свой статус
  • Герцшпрунг – самый большой кратер Луны
  • Ракета «Протон-М» – еще одна страничка истории российской космонавтики будет перевернута
  • Разбираемся в терминах: астронавт и космонавт – в чем разница?
  • Шлягер наступившего 2021 года – реальные звуки Марса
  • Снимки «города богов» в космосе снова в сети
  • Самый-самый марсианский кратер
  • Фото ночного города из космоса
  • Планетоиды Солнечной системы – что это?
  • Приземление на Марс 18 февраля – успешное завершение и… только начало
  • Кратеры на поверхности Венеры: слава женщинам!
  • Магнитосфера планет: что это такое?
  • Ганимед, спутник планеты Юпитер, – верный друг на века!
  • Каллисто – спутник Юпитера: жизнь в космосе возможна?
  • Спутник Адрастея: питание для колец Юпитера!
  • Система неподвижных звезд: всегда на одном месте?
  • Канопус сверхгигант: яркий маяк на ночном небе
  • Звезда Толиман в астрологии: знакомство и Топ фактов
  • Звезда Вега: самый яркий объект в созвездии Лиры
  • Яркая звезда Капелла: вдвое больше сияния!
  • Звезда Ригель является сверхгигантом
  • Параллакс звезды Процион, верного спутника Сириуса
  • Звезда Ахернар: знакомство с альфой Эридана
  • Кульминация звезды Альтаир: на крыльях Орла
  • «Арктика-М» спутник: земля под надежным контролем!
  • Солнечный зонд Паркер: курс прямиком на звезду
  • Земля Афродиты на Венере: скорпион, обращенный на запад
  • Земля Иштар на Венере: Австралия в космосе!
  • Равнина Снегурочки на Венере
  • На какой планете находится каньон Бабы-яги?
  • Горы Максвелла в 12 км на Венере: мужская часть планеты!
  • Рельеф поверхности Венеры и его особенности
  • Кратеры на планете Меркурий: искусство во плоти!
  • Попигайская, Карская и Фарерская астроблема: как менялась Земля
  • Кратер Вредефорт: столкновение 10-километрового метеорита с Землей, как оно повлияло на историю
  • Зонд «Маринер-10»: первый посетитель Меркурия
  • Небесный экватор: что это такое, и как он пересекается с линией горизонта?
  • Акрукс в созвездии Южного Креста: характеристика и физические свойства
  • Альдебаран: класс звезды, характеристика и планеты рядом
  • Спика: физическая характеристика и класс звезды
  • Поллукс в созвездии Близнецов и его характеристики
  • Фомальгаут: спектральный класс, характеристики и система
  • Звезда Мимоза, или Бекрукс: характеристики и особенности
  • Регул: альфа созвездия Льва и принц ночного неба
  • Кастор: спектральный класс и характеристика звезды
  • Звезда Гакрукс: расположение на небе, характеристика и система
  • Звезда Шаула в астрономии: характеристики и особенности
  • Линия эклиптики: ежегодное движение Солнца
  • Метеорный поток Лириды
  • Эволюция массивных звезд и черные дыры
  • Спутник Сатурна Пан: описание, характеристики
  • Сатурн и его спутник Прометей
  • Удивительная Пандора – спутник планеты Сатурн
  • Загадочный Янус: все о спутнике Сатурна
  • Мимас – спутник Сатурна
  • Спутник Сатурна Тефия
  • Калипсо – яркий спутник Сатурна
  • Спутник Сатурна Диона
  • Рея – спутник Сатурна
  • Спутник Сатурна Гиперион
  • Спутник Сатурна Япет
  • Закон абсолютного черного тела
  • Сколько колец у Юпитера?
  • Есть ли кольца у Урана?
  • Естественные спутники Венеры
  • Квазиспутники Земли
  • Лунотрясения на Луне
  • Сверхскопление галактик Ланиакея
  • Местное сверхскопление галактик
  • Центр дальней космической связи в Евпатории
  • Марсианский вертолет Ingenuity совершил полет
  • Какие облака на Юпитере?
  • Уровень радиации на Луне
  • Харон – спутник какой планеты?
  • Миранда – загадочный спутник Урана
  • Ариэль – спутник Урана
  • Главная последовательность: характеристики и особенности
  • Стадия протозвезды
  • Сверхгиганты: класс светимости
  • Планеты в зоне обитаемости
  • Спутник Урана Оберон полон загадок
  • Титания – таинственный спутник Урана
  • Умбриэль – синхронный спутник Урана
  • Какое количество спутников у Меркурия?
  • Фобос – таинственный спутник планеты Марс
  • Деймос: спутник какой планеты
  • Галатея – загадочный спутник Нептуна
  • Нереида – малоизученный спутник Нептуна
  • Протей – таинственный спутник Нептуна
  • Причины возникновения пятен на Солнце
  • Орбитальная скорость планет
  • Космическая пыль: состав и особенности
  • Какие элементы входят в состав Солнца?
  • Загадочная земля Тейя
  • Объекты межзвездной среды

Датчики и линзы | Эдмунд Оптикс

Это Раздел 6.4 Руководства по ресурсам для обработки изображений.

Изображение на частоте Найквиста

Может возникнуть соблазн получить изображение с так называемой частотой Найквиста, которая определяется в Equation 1 из Advanced Lens Selection. Однако, как правило, это не очень хорошая идея, поскольку подразумевает, что наблюдаемая особенность приходится ровно на один пиксель. Если бы система формирования изображения сместилась на полпикселя, интересующий объект оказался бы между двумя пикселями и полностью размылся.По этой причине не рекомендуется получать изображения с частотой Найквиста. Предполагая, что субпиксельная интерполяция не используется, обычно рекомендуется формирование изображения на половине частоты Найквиста, поскольку это позволит интересующей функции всегда занимать не менее двух пикселей.

Другое предположение, которое часто делается неправильно, заключается в том, что объектив не подходит для использования с конкретной камерой, если он не имеет существенного (> 20%) контраста на частоте Найквиста датчика, с которым он используется.Это не тот случай. Как упоминалось ранее, получение изображений на пределе Найквиста не рекомендуется и может создать несколько проблем. Необходимо изучить всю систему, чтобы определить, подходит ли объектив для данного датчика камеры или нет, и это часто зависит от приложения. В следующем разделе описывается, что происходит в системе формирования изображений, когда они используются на частоте Найквиста или рядом с ней, и их последствия для общего разрешения системы.

Понимание взаимодействия между датчиками камеры и объективами изображения — важная часть разработки и внедрения системы машинного зрения.Оптимизация этой взаимосвязи часто упускается из виду, и влияние, которое она может оказать на общее разрешение системы, велико. Неправильно подобранная комбинация камеры / объектива может привести к потере денег на систему обработки изображений. К сожалению, определение того, какой объектив и камеру использовать в любом приложении, не всегда простая задача: все больше датчиков камеры (и, как прямой результат, больше объективов) продолжают разрабатываться и производиться, чтобы воспользоваться преимуществами новых производственных возможностей и повысить производительность.Эти новые датчики ставят перед объективами ряд проблем, которые необходимо преодолеть, и сделать правильное соединение камеры с объективом менее очевидным.

Первая проблема заключается в том, что пиксели продолжают уменьшаться. Хотя меньшие пиксели обычно означают более высокое разрешение на уровне системы, это не всегда так, если учитывать используемую оптику. В идеальном мире, без дифракции или оптических ошибок в системе, разрешение будет основываться просто на размере пикселя и размере просматриваемого объекта (см. Разрешение).Вкратце, по мере уменьшения размера пикселя разрешение увеличивается. Это увеличение происходит, поскольку более мелкие объекты могут быть помещены на более мелкие пиксели и по-прежнему иметь возможность разрешать интервал между объектами, даже если этот интервал уменьшается. Это упрощенная модель того, как датчик камеры обнаруживает объекты, без учета шума или других параметров.

Объективы

также имеют спецификации разрешения, но основы не так просты для понимания, как датчики, поскольку нет ничего более конкретного, чем пиксель.Однако есть два фактора, которые в конечном итоге определяют воспроизведение контраста (функция передачи модуляции или MTF) конкретной особенности объекта на пикселе при отображении через линзу: дифракция и аберрационное содержание. Дифракция будет происходить каждый раз, когда свет проходит через апертуру, вызывая снижение контраста (подробнее в разделе «Диск Эйри и предел дифракции»). Аберрации — это ошибки, которые возникают в каждом объективе формирования изображения, которые либо размывают, либо смещают информацию об изображении в зависимости от типа аберрации, как описано в разделе «Характеристики в реальном мире».При использовании светосильного объектива (≤f / 4) оптические аберрации чаще всего являются причиной отклонения системы от «идеального», что диктуется дифракционным пределом; в большинстве случаев линзы просто не работают на своей теоретической частоте отсечки ($ \ small {\ xi _ {\ small {\ text {Cutoff}}}} $), как это диктуется уравнением , уравнение 1 .

Чтобы связать это уравнение с датчиком камеры, по мере увеличения частоты пикселей (уменьшения размера пикселей) контраст уменьшается — каждый объектив всегда будет следовать этой тенденции.Однако это не учитывает реальные аппаратные характеристики объектива. То, насколько жесткие допуски на линзы допускаются и насколько они изготовлены, также повлияет на аберрационное содержание линзы, а реальные характеристики будут отличаться от номинальных, как это было задумано. На основе номинальных данных может быть сложно приблизительно определить, как объектив в реальном мире будет работать, но тесты в лаборатории могут помочь определить, совместим ли конкретный объектив и датчик камеры.

(1) $$ \ xi _ {\ small {\ text {Cutoff}}} = \ frac {1} {\ lambda \ times \ left (f / \ # \ right)} $$

(1)

$$ \ xi _ {\ small {\ text {Cutoff}}} = \ frac {1} {\ lambda \ times \ left (f / \ # \ right)} $$

Один из способов понять, как объектив будет работать с определенным датчиком, — это проверить его разрешение с помощью мишени USAF 1951.Столбчатые мишени лучше подходят для определения совместимости линз и сенсоров, чем звездчатые мишени, поскольку их характеристики лучше сочетаются с квадратными (и прямоугольными) пикселями. В следующих примерах показаны тестовые изображения, сделанные с одним и тем же объективом с высоким разрешением 50 мм с фокусным расстоянием и одинаковыми условиями освещения на трех разных датчиках камеры. Затем каждое изображение сравнивается с номинальной осевой кривой MTF объектива (синяя кривая). В этом случае используется только осевая кривая, потому что интересующая область, где измерялся контраст, покрывала только небольшую часть центра датчика.1 / _ {2.5}} $ ”ON Semiconductor MT9P031 с пикселями 2,2 мкм при увеличении 0,177X.

Рисунок 1: Сравнение номинальных характеристик объектива с реальными характеристиками для объектива высокого разрешения 50 мм на (a) ON Semiconductor MT9P031 с пикселями 2,2 мкм, (b) Sony IXC655 с пикселями 3,45 мкм и (c) ON Semiconductor KAI-4021 с пикселями 7,4 мкм. Красная, пурпурная и темно-зеленая линии показывают пределы Найквиста датчиков соответственно. Желтая, голубая и светло-зеленая линии показывают половину пределов Найквиста датчиков соответственно.

Используя Equation 1 из Resolution, разрешение датчика Найквиста ($ \ xi _ {\ small {\ text {Sensor}}} $) составляет 227,7 $ \ small {\ tfrac {\ tfrac {\ text {lp}} {\ text {мм }}} $, Что означает, что наименьший объект, который система может теоретически отобразить при увеличении 0,177X, составляет 12,4 мкм (с использованием альтернативной формы Equation 1 из Resolution).

(2) $$ \ xi _ {\ small {\ text {Sensor}}} = \ frac {1000 \ tfrac {\ large {\ unicode [Cambria Math] {x03BC}} \ normalsize {\ text {m }}} {\ text {мм}}} {2 \ times 2.2 \ large {\ unicode [Cambria Math] {x03BC}} \ normalsize {\ text {m}}} \ cong 227.7 \ tfrac {\ text {lp}} {\ text {mm}} $$

(2)

$$ \ xi _ {\ small {\ text {Sensor}}} = \ frac {1000 \ tfrac {\ mu {\ text {m}}} {\ text {mm}}} {2 \ times 2.2 \ mu {\ text {m}}} \ cong 227.7 \ tfrac {\ text {lp}} {\ text {mm}} $$

Имейте в виду, что с этими расчетами не связано значение контрастности. Левая часть На рис. 1а показаны изображения двух элементов на мишени ВВС США 1951 года; левое изображение показывает два пикселя на объект, а правое изображение показывает один пиксель на объект.При частоте Найквиста датчика (227 $ \ small {\ tfrac {\ text {lp}} {\ text {mm}}} $) система отображает цель с контрастностью 8,8%, что ниже рекомендованных 20%. минимальный контраст для надежной системы визуализации. Обратите внимание, что при увеличении размера элемента в два раза до 24,8 мкм контраст увеличивается почти в три раза. В практическом смысле система визуализации была бы намного более надежной на половине частоты Найквиста.

(3) $$ \ xi _ {\ small {\ text {Object Space}}} = \ xi _ {\ small {\ text {Sensor}}} \ times m = 227 \ tfrac {\ text {lp}} {\ text {mm}} \ times 0.177 \ cong 40.3 \ tfrac {\ text {lp}} {\ text {mm}} \ cong 12.4 \ large {\ unicode [Cambria Math] {x03BC}} \ normalsize {\ text {m}} $$

(3)

$$ \ xi _ {\ small {\ text {Object Space}}} = \ xi _ {\ small {\ text {Sensor}}} \ times m = 227 \ tfrac {\ text {lp}} {\ text {мм }} \ times 0.177 \ cong 40.3 \ tfrac {\ text {lp}} {\ text {mm}} \ cong 12.4 \ mu {\ text {m}} $$

Вывод о том, что система формирования изображения не смогла надежно отобразить объект размером 12,4 мкм, находится в прямом противоречии с тем, что показывают уравнения в разрешении, поскольку математически объекты попадают в пределы возможностей системы.Это противоречие подчеркивает, что вычислений и приближений первого порядка недостаточно, чтобы определить, может ли система визуализации достичь определенного разрешения. Кроме того, расчет частоты Найквиста не является надежной метрикой, на которой можно было бы заложить основу разрешающей способности системы, и его следует использовать только в качестве ориентира для ограничений, которые будет иметь система. Контраст в 8,8% слишком мал, чтобы считаться точным, поскольку незначительные колебания условий могут легко снизить контраст до неразрешимого уровня.

На рисунках 1b и 1c показаны изображения, аналогичные изображениям на MT9P031, хотя использовались датчики Sony ICX655 (пиксели 3,45 мкм) и ON Semiconductor KAI-4021 (пиксели 7,4 мкм). Левые изображения на каждом рисунке показывают два пикселя на элемент, а правые изображения показывают один пиксель на элемент. Основное различие между тремя рисунками заключается в том, что все контрасты изображений на рисунках 1b и 1c превышают 20%, что означает (на первый взгляд), что они будут надежными при разрешении объектов такого размера.Конечно, объекты минимального размера, которые они могут разрешить, больше по сравнению с пикселями 2,2 мкм на рисунке 1a. Однако получение изображения на частоте Найквиста по-прежнему не рекомендуется, поскольку небольшие движения в объекте могут сместить желаемый элемент между двумя пикселями, что сделает объект неразрешимым. Обратите внимание, что по мере увеличения размеров пикселей с 2,2 мкм до 3,45 мкм до 7,4 мкм соответствующее увеличение контрастности с одного пикселя на элемент до двух пикселей на элемент оказывается менее значительным. На ICX655 (пиксели 3,45 мкм) контраст меняется чуть менее чем в 2 раза; этот эффект еще больше уменьшается с KAI-4021 (7.4 мкм пикселей).

Рисунок 2: Изображения, полученные с помощью одного объектива и условий освещения на трех разных датчиках камеры с тремя разными размерами пикселей. Верхние изображения делаются с четырьмя пикселями на элемент, а нижние изображения — с двумя пикселями на элемент.

Важное несоответствие в Рис. 1 — это разница между номинальной MTF объектива и реальной контрастностью реального изображения. Кривая MTF линзы на верхней части , рис. 1a, показывает, что линза должна достичь примерно 24% контраста на частоте 227l $ \ small {\ tfrac {\ text {lp}} {\ text {mm}}} $, когда полученное значение контраста было 8.8%. Этому различию способствуют два основных фактора: MTF сенсора и допуски линз. Большинство производителей сенсоров не публикуют кривые MTF для своих сенсоров, но они имеют ту же общую форму, что и линзы. Поскольку MTF на уровне системы является продуктом MTF всех компонентов системы, MTF объектива и датчика должны быть умножены вместе, чтобы обеспечить более точное заключение об общих возможностях разрешения системы.

Как упоминалось выше, допустимое значение MTF объектива также является отклонением от номинального.Все эти факторы в совокупности изменяют ожидаемое разрешение системы, и сама по себе кривая MTF объектива не является точным представлением разрешения на уровне системы.

Как видно из изображений , рис. 2 , наилучший контраст на системном уровне наблюдается в изображениях, снятых с более крупными пикселями. По мере уменьшения размера пикселя контрастность значительно падает. Рекомендуется использовать 20% в качестве минимального контраста в системе машинного зрения, поскольку любое значение контраста ниже этого слишком чувствительно к колебаниям шума, возникающим из-за колебаний температуры или перекрестных помех в освещении.Изображение, полученное с помощью объектива 50 мм и пикселя 2,2 мкм в , рис. 1a , имеет контраст 8,8% и слишком низок, чтобы полагаться на данные изображения для размеров элементов объекта, соответствующих размеру пикселя 2,2 мкм, потому что объектив находится на грани стать ограничивающим фактором в системе. Датчики с пикселями, размер которых намного меньше 2,2 мкм, безусловно, существуют и довольно популярны, но размер намного меньше этого размера становится практически невозможным для оптики для разрешения вплоть до уровня отдельных пикселей. Это означает, что уравнения, описанные в разделе «Разрешение», становятся бессмысленными с функциональной точки зрения для определения разрешения на уровне системы, а изображения, подобные тем, которые были сняты на вышеупомянутых рисунках, будет невозможно захватить.Тем не менее, эти крошечные пиксели все еще используются — только потому, что оптика не может разрешить весь пиксель, не делает их бесполезными. Для определенных алгоритмов, таких как анализ капель или оптическое распознавание символов (OCR), важно не столько то, может ли объектив действительно разрешаться до уровня отдельного пикселя, сколько о том, сколько пикселей можно разместить над конкретным элементом. С меньшими пикселями можно избежать субпиксельной интерполяции, что повысит точность любого измерения, сделанного с ее помощью. Кроме того, при переключении на цветную камеру с фильтром Байера уменьшается потеря разрешения.

Еще один важный момент, о котором следует помнить, заключается в том, что переход от одного пикселя на объект к двум пикселям на объект дает существенный возврат контраста, особенно на пикселях меньшего размера. Хотя при уменьшении частоты вдвое, минимально разрешаемый объект эффективно удваивается в размере. Если абсолютно необходимо видеть до уровня одного пикселя, часто лучше удвоить увеличение оптики и уменьшить вдвое поле зрения (FOV).

Это приведет к тому, что размер элемента будет охватывать вдвое больше пикселей, а контраст будет намного выше.Обратной стороной этого решения является то, что будет видна меньшая часть всего поля. С точки зрения датчика изображения лучше всего сохранить размер пикселя и удвоить размер формата датчика изображения. Например, система формирования изображения с 1-кратным увеличением, использующая датчик 1/2 дюйма с пикселем 2,2 мкм, будет иметь такое же поле обзора и пространственное разрешение, что и система 2-кратного увеличения, использующая 1-дюймовый датчик с пикселем 2,2 мкм, но с системой 2X, контраст теоретически увеличивается вдвое.

К сожалению, увеличение размера сенсора вдвое создает дополнительные проблемы для объективов.Одним из основных факторов, влияющих на стоимость объектива для формирования изображения, является размер формата, для которого он был разработан. При разработке линзы объектива для сенсора большего формата требуется больше отдельных оптических компонентов; эти компоненты должны быть больше, а допуск системы должен быть более жестким. Продолжая приведенный выше пример, объектив, предназначенный для датчика размером 1 дюйм, может стоить в пять раз дороже, чем объектив, предназначенный для датчика 1/2 дюйма, даже если он не может соответствовать требованиям к разрешению с ограничением по пикселям.

Рекомендуемые ресурсы

Указания по применению

Оптика и разрешение сенсора оптической системы

Пространственная частота среза не является интересным параметром, поскольку системы машинного зрения не могут надежно распознавать объекты с очень низким контрастом.Таким образом, удобно выбрать предельную частоту, соответствующую контрасту 20%.

Общепринятым критерием для описания оптического разрешения является критерий Рэлея, связанный с понятием предела разрешения. Когда волна встречает препятствие — например, проходит через отверстие — возникает дифракция. Дифракция в оптике — это физическое следствие волнообразной природы света, приводящее к интерференционным эффектам, которые изменяют картину интенсивности входящего волнового фронта.

Поскольку каждый объектив имеет диафрагму, качество изображения будет зависеть от дифракции в зависимости от диафрагмы объектива: точечный объект будет правильно отображаться на датчике до тех пор, пока его изображение не достигнет предельного размера; все, что меньше, будет иметь то же изображение — диск определенного диаметра в зависимости от F / # объектива и длины световой волны.

Эта круглая область называется диском Эйри и имеет радиус

где λ — длина волны света, f — фокусное расстояние линзы, d — диаметр диафрагмы и f / d — F-число объектива.Это также относится к далекие объекты, которые кажутся маленькими.

Если мы рассмотрим два соседних объекта, их относительное расстояние можно считать «объектом», который подвергается дифракции, когда он отображается объективом. Идея состоит в том, что дифракция обоих объектов » изображения увеличиваются до такой степени, что их больше невозможно рассматривать как отдельные. В качестве примера мы могли бы вычислить теоретическое расстояние, на котором человеческий глаз не может различить разделенные фары автомобиля.Критерий Рэлея утверждает, что два объекта не различимы, когда пики их дифракционных картин ближе, чем радиус диска Эйри r A (в пространстве изображения).

Телецентрический объектив Opto Engineering® TC12120, например, не распознает объект ближе

Разделение диска Эйри и критерий Рэлея.

`r_A = 1,22 * 0,587 мкм * 8 = 5,7 мкм`

в пространстве изображения (например, на датчике).Минимальный разрешаемый размер в пространство изображения всегда составляет 2 мкА, независимо от реального размера объект. Поскольку объектив TC12120 имеет увеличение 0,052X и 2rA = 11,4 мкм минимальный реальный размер объекта, который может быть разрешен, равен 11,4 мкм / 0,052 = 220 мкм.

По этой причине оптика должна быть правильно согласована с датчиком и наоборот: в предыдущем примере нет никаких преимуществ в использовании камера с размером пикселя 2 мкм, поскольку каждый «точечный» объект всегда покрывает более одного пикселя.В этом случае объектив с более высоким разрешением или следует выбрать другой сенсор (с более крупными пикселями). С другой стороны, система может быть ограничена размером пикселя, при котором оптика сможет «видеть» гораздо более мелкие детали.

Затем следует учитывать передаточную функцию всей системы, оценка вклада как оптики, так и датчика. это важно помнить, что фактический предел разрешения не только дан линзой F / # и длиной волны, но также зависит от линзы аберрации: следовательно, необходимо учитывать реальную пространственную частоту описывается кривыми MTF требуемого объектива.

Объективов в аренду | Блог

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ !!

Давайте проясним; это не практическая или полезная статья. Это не поможет улучшить вашу фотографию или кинематографию. Это не поможет вам выбрать оборудование в ближайшие пару лет. Он не станет кормом для вашей следующей форумной войны. Это просто компьютерная статья, которая может заинтересовать некоторых людей. Это может дать небольшое представление о том, что может произойти в будущем, и некоторое представление о том, какую работу мы на самом деле делаем за кулисами в Olaf.Так что, если вам интересны подобные вещи, прочтите .

Пару лет назад тестирующий заказчик попросил нас определить, какие объективы могут получить максимальное разрешение от 150-мегапиксельного сенсора. Многие люди предполагали, что линзы с самым высоким разрешением при стандартном разрешении будут линзами с самым высоким разрешением при более высоком разрешении. Предположения — это темная материя Интернета; мы не можем их увидеть, но мы знаем, что они составляют большую часть массы.

Мы очень стараемся не предполагать, поэтому мы протестировали несколько объективов на высоких частотах на стенде MTF (высокочастотный MTF — это в основном высокое разрешение на камере).Это требует тестирования MTF при сверхвысоком разрешении, намного более высоком, чем у любой современной камеры. Производитель хотел 240 линий / мм (по сравнению с 50 линиями / мм, которые мы используем в настоящее время). Я не был уверен, что это необходимо, и на самом деле не был уверен, что мы сможем это сделать, поэтому мы остановились на 200 lp / mm. Если вы хотите понять, что все это значит, вы можете прочитать вышеуказанный пост или отличный пост Брэндона Дьюба. Или вы можете просто принять это и двигаться дальше.

Не было фото или видеообъектива, который мог бы разрешить 200 лин / мм на широко открытой диафрагме.(Нашим стандартом для «решимости» было MTF 0f 0,3; MTF 0,2 было пограничным. Есть некоторые доказательства, подтверждающие эти ограничения, но кто-то может их оспорить. Подождите, это Интернет. Кто-то БУДЕТ их спорить; это то, что кто-то живет за.)

Мы нашли несколько объективов с постоянным фокусным расстоянием, которые соответствовали этим критериям при диафрагме f / 4 в центре изображения, но ни один из них не подходил к краям. Наилучшие результаты были у объектива Zeiss Otus 85mm f / 1.4 при f / 4. Несколько других объективов (Zeiss 135mm f / 2 APO-Sonnar; Sigma 135mm f / 1.8 DG HSM Art; Zeiss 55mm f1.4 Otus) были приемлемы при f / 4 в средней части изображения. Ничто не шире 50 мм было действительно приемлемым, хотя Canon 35mm f1.4 Mk II и Sigma 35mm f / 1.4 Art были близки.

Назад в будущее

Два года спустя этот покупатель спросил нас, знаем ли мы о каких-либо других объективах, которые им следует рассмотреть. С тех пор, как мы провели эти тесты, было выпущено много линз, и некоторые из этих линз соответствуют критериям возможного «сверхвысокого» разрешения; простые с фокусным расстоянием 85 мм и более.Производители, очевидно, делают эти объективы для камер как минимум с более высоким разрешением. Так что, возможно, некоторые из новых линз будут разрешать «сверхвысокие» частоты лучше, чем некоторые из старых линз, которые мы тестировали.

Итак, мы проверили несколько новых объективов вплоть до 240 лин / мм, чего достаточно, чтобы сделать 200-мегапиксельную камеру FF стоящей. Чтобы было ясно, это НЕ приближается к камере рядом с вами в ближайшее время; это исследовательский проект. Но если исследователи создают такой сенсор, имеет смысл знать, какие линзы получат от сенсора наилучшие результаты.Это не проверка того, разрешает ли выход объектива или сенсора другое, потому что этого не происходит. (Для тех из вас, кто верит в мегапиксели восприятия или в то, что Земля плоская, я включил приложение, чтобы немного прояснить это — без математики более сложной, чем умножение.)

Лучшее, что мы нашли в прошлый раз

В прошлый раз мы обнаружили некоторые тенденции: более длинные фокусные расстояния работают лучше, а f / 4 — это минимальная диафрагма, при которой любой объектив может разрешить такие высокие частоты. Чтобы дать вам ссылку, вот несколько объективов, которые в прошлый раз соответствовали нашим критериям (обратите внимание, что для них мы установили максимальную частоту на уровне 200 лин / мм).

Sigma 135mm f / 1.8 DG HSM Art при f / 4

Lensrentals.com, 2017

Zeiss 85mm APO-Planar Otus при диафрагме f / 4

Lensrentals.com, 2017

Zeiss 55mm Otus Distagon на f / 4

Lensrentals.com, 2017

Canon EF 35mm f / 1.4 Mk II USM

Lensrentals.com, 2017

35-мм объектив, имя которого нельзя произносить

Вы видели лучшие результаты, которые у нас были, от линз, которые можно было купить и использовать.Мы видели один объектив, который нельзя купить, прототип объектива, который, вероятно, никогда не будет изготовлен, был поистине потрясающим, особенно для фокусного расстояния 35 мм.

Оптические испытания Олафа, 2017 г.

Итак, вот 35-миллиметровый объектив, не уступающий 55-метровому Otus; Дело в том, что он хорош при f / 2,8 и не сильно улучшается при f / 4. Я сделал это просто, чтобы показать, что нынешние объективы не предназначены для максимальной отдачи при сверхвысоком разрешении, но это возможно.

Мы хотим подняться выше

В прошлый раз мы установили наш пик на уровне 200 линий / мм, хотя клиент действительно хотел 240 линий / мм.Мы не думали, что более высокое значение действительно необходимо, и, честно говоря, мы не были уверены, что какой-либо из наших объективов будет адекватно разрешать даже 200 лин / мм. Однако на этот раз мы чувствовали себя комфортно, мы могли протестировать на 240 lp, и, сделав это, давайте также протестируем на 192 lp / мм, что довольно близко к исходному пику в 200 lp.

Для начала мы повторили тест, используя Sigma 135mm f1.8 Art. Вы можете сравнить это с тем, что было сделано выше на 200 lp. Помните, что это тесты с одной копией, поэтому образцы немного отличаются, но вы можете видеть, что голубая линия этого прогона (192 lp / мм) сравнима с фиолетовой линией предыдущего объектива (200 lp / мм).Даже при 240 lp / мм MTF все еще превышает наше «пограничное» значение MTF, пороговое значение которого равно 0,2, по крайней мере, в центре, но оно не совсем достигает значения MTF 0,3.

Lensrentals.com, 2019

Мы будем считать это нашим стандартом для новых тестов и посмотрим, подойдут ли и другие объективы.

Результаты поиска новых линз

Sony 135 мм f1.8 GM

Начнем с обычной части «Роджер ожидал и был разочарован», потому что, в конце концов, разочарование — единственная цель ожиданий.Одна из причин, по которой я был взволнован тестированием новых объективов, заключалась в том, что у Sony 135mm f / 1.8 GM были лучшие показатели MTF в нормальном диапазоне, которые мы когда-либо видели, превзойдя Sigma 135mm f / 1.8 Art. Казалось логичным, что он также может превзойти Sigma в тестах сверхвысокого разрешения. Реальность 1, логика 0. Мы пробовали объектив при f / 4, но на самом деле он оказался немного лучше при f / 5, что мы покажем ниже. На высокой частоте он не так хорош, как Sigma.

Lensrentals.com, 2019

Позвольте мне повторить для тех из вас, кто ошибочно считает, что этот тест имеет какое-то отношение, скажем, к 60-мегапиксельной полнокадровой камере, которую вы снимаете; это не так.Где-то около 80 линий / мм было бы более чем достаточно для этого. Если вы сравните оранжевые линии графиков Sony и Sigma 135 мм, вы увидите, что при 96 lp / мм Sony на самом деле немного лучше, чем Sigma. На смехотворно высоких частотах Sigma лучше. Вывод очень важен: лучшее значение MTF на на одной частоте не означает лучшее значение MTF на всех частотах.

Итак, давайте посмотрим на пару других кандидатов, которые, как мне показалось, могли бы очень хорошо подойти.

Sigma 105 мм f1.4 Арт при f / 4

Несмотря на то, что эта копия была слегка наклонена, по крайней мере, в центре, это первый объектив, который, хотя и почти не делает, наш «приемлемый» предел MTF 0,3 при 240 lp / мм. При 192 lp / мм это фактически соответствует MTF 0,4. Итак, у нас появился новый чемпион по высокому разрешению, и это несмотря на то, что, как вы можете видеть ниже, эта копия объектива имеет небольшой наклон.

Lensrentals.com, 2019

Zeiss APO Sonnar 100mm f / 1.4 Otus при f / 4

Еще один хороший соперник; не так хорош, как Sigma 105mm, но очень похож на Sigma 135mm.

Lensrentals.com, 2019

Canon 90 мм f2.8L TS-E Macro

Я не ожидал этого, но у нас был один под рукой, поэтому мы решили попробовать. Установите низкие ожидания, и они оправдаются. Опять же, не поймите меня неправильно, это действительно очень хороший объектив, но он не так хорош при сверхвысоком разрешении.

Lensrentals.com, 2019

Sigma 40mm f1.4 Art

Мы узнали из более раннего тестирования, что широкоугольные объективы не так хорошо работают на этих частотах.Но Sigma 40mm Art настолько впечатляюще тестировался на нормальном MTF, что мы подумали, что, по крайней мере, стоит попробовать.

Lensrentals.com, 2019

Вот случай, когда хорошее при нормальном разрешении превращается в хорошее при смехотворно высоком разрешении. Это близко к центру, хотя и не так высоко, как у Otus 55 мм. Однако он остается приемлемым дальше от центра, чем Otus 55mm.

Резюме:

Я говорю «резюме», потому что здесь нет практических или полезных выводов.Интересно, наверное, только то, что только действительно хорошие объективы могут снимать сверхвысокие разрешения, которые вам никогда не понадобятся. Однако даже среди этих действительно хороших объективов вы не можете предположить, как объектив будет работать при сверхвысоком разрешении, основываясь на его результатах при нормальном разрешении. Вы также можете видеть, что сверхвысокое разрешение немного легче получить при коротком телеобъективе, чем при стандартном или широкоугольном.

О, да, и вы также можете задаться вопросом, почему кто-то где-то задается вопросом, какие объективы будут хорошо работать при разрешении, более чем в два раза превышающем то, что вам может понадобиться сегодня.

Роджер Чикала, Аарон Клос и Брэндон Дьюб

Lensrentals.com

Октябрь, 2019

Приложение: Почему мегапиксели восприятия глупы

Меня несколько раз в неделю спрашивают, может ли этот объектив «разрешить» такое количество мегапикселей. Некоторые люди думают, что объектив должен быть «сертифицирован» на определенное количество пикселей или что-то в этом роде. Это не так. Это не так, как все работает.

Вот как это работает.Любое изображение, которое вы снимаете, не такое резкое, как на самом деле. Сделайте снимок куста и увеличьте его до 100%. Вы, наверное, не сможете увидеть, есть ли на листьях муравьи. Но на самом деле вы можете подойти к кусту (увеличьте его, если хотите) и посмотреть, есть ли там муравьи, посмотрев на пару листьев.

Что, если бы я получил лучшую камеру и лучший объектив? Что ж, теоретически все было бы так хорошо, что я мог бы видеть муравьев, если бы достаточно увеличил изображение. MTF — это своего рода мера того, насколько резким будет это изображение и сколько деталей оно содержит.(Детальной частью будет MTF с большей частотой.) Это, конечно, будет MTF всей системы, камеры и объектива.

Многие думают, что это будет «в зависимости от того, что меньше камеры и объектива». Например, моя камера может разрешать 61 мегапиксель, но мой объектив может разрешать только 30 мегапикселей, поэтому все, что я могу видеть, это 30 мегапикселей.

Это не так. Это работает очень просто: MTF системы = MTF камеры x MTF объектива. Максимальное значение MTF равно 1.0, потому что 1.0 идеально.Итак, допустим, MTF моей камеры составляет 0,7, а MTF моего объектива — 0,7, тогда MTF моей системы составляет 0,49 (MTF объектива x MTF камеры). На самом деле это довольно разумная система.

Теперь предположим, что я получил гораздо лучшую камеру с гораздо более высоким разрешением; ФПМ камеры — 0,9. Системная МПФ с тем же объективом также увеличивается: 0,7 X 0,9 = 0,63. С другой стороны, я мог бы сделать то же самое, если бы купил гораздо лучший объектив и держал его на той же камере. Камера практически никогда не «снимает разрешение объектива».

Вы могли бы получить этот «мегапиксель восприятия», если бы объектив (или камера) действительно отстой.Допустим, мы использовали дрянной зум-объектив из комплекта с MTF 0,3. Со старой камерой; 0,3 Х 0,7 = 0,21. Давайте потратим целое состояние на новую, лучшую камеру, и мы получим 0,3 X 0,9 = 0,27. Таким образом, общая MTF нашей системы выросла лишь немного (0,07), потому что объектив действительно плохой. Но если бы это был просто средний объектив или лучший объектив (допустим, MTF был 0,6 или 0,8), мы бы получили примерно такое же улучшение.

Если у вас достаточно хороший объектив и / или достаточно хорошая камера, обновление любого из них улучшит ваши изображения.Если вы спросите что-то вроде «собирается ли моя камера разрешить этот объектив?», Вы звучите глупо.

Правило Роджера: если у вас плохой объектив или плохая камера, сначала улучшите плохую часть; вы получите больше отдачи за свои $. Я только что увидел ветку о том, что кто-то хочет перейти на новейшую 60-мегапиксельную камеру, и у всех его объективов были средние зумы. Меня тошнило.

Автор: Роджер Чикала

Я Роджер и основатель Lensrentals.com. Меня называют одним из оптических ботаников, и в свободное время я с удовольствием снимаю коллимированный свет через объективы микроскопа с 30-кратным увеличением.Когда я делаю реальные снимки, мне нравится использовать что-то другое: средний формат, или Pentax K1, или Sony RX1R.

O5) Оптическое разрешение камеры и системы линз

Оптическое разрешение

определяется как элемент наименьшего размера, который может разрешить данная оптическая система. Разрешение связано с контрастом — способностью системы различать оттенки серого. Для простоты тема оптического разрешения в этой статье обсуждается независимо от контраста, а тема функции передачи модуляции (MTF) рассматривается в отдельной статье.

Камеры и объективы по-разному влияют на общее оптическое разрешение системы «камера + объектив». Меньшее из двух обычно устанавливает оптическое разрешение системы. Из-за этого можно сказать, что оптическое разрешение всей системы ограничено камерой или объективом.

Хотя это не всегда так, камеры, как правило, дороже, чем объективы, поэтому цель большинства разработчиков систем состоит в том, чтобы сначала выбрать камеру на основе требований «фотоники», а затем выбрать объектив с оптическим разрешением, равным лучше или равно оптическому разрешению камеры.

Как указывается оптическое разрешение объектива?

Производители линз обычно указывают это число как спецификацию оптического качества линз. Обычно он указывается в парах линий на миллиметр и зависит от оптического качества линзы, включая конструкцию линзы (включая производственные допуски) и материалы, которые влияют на общее оптическое разрешение линзы.

5 пар линий на мм, состоящие из 10 равноотстоящих линий, из которых 5 черные и 5 белые.Каждая пара линий = 1 мм / 5 = 1000 мкм / 5 = 200 мкм

Пара линий: 1 черная линия + 1 белая линия, каждая 100 мкм

Обратите внимание, что оптическое разрешение линзы в lp / мм может быть указано двумя разными числами , представляющий оптическое разрешение при центральном | Периферические области хрусталика. Например, для объективов серии 1-1955x указано значение Center | Разрешение края 100 | 160 линий / мм соответственно. Это заставляет производителя линз обеспечивать более высокое оптическое качество в центре области изображения, что имеет тенденцию быть более важным для пользователей.Допущение немного более низкого разрешения по направлению к краю позволяет производителю линз производить более рентабельные линзы.

Если линза может разрешать 100 линий на миллиметр, это означает, что линза может разрешать до 100 линий одинакового размера, которые достаточно малы, чтобы уместиться в пределах 1 мм; для этого каждая линия должна быть шириной 0,01 мм. Это соответствует пределу оптического разрешения 10 мкм для системы, если не ограничено чем-то другим (например, размером пикселей).

Как размер пикселя камеры влияет на оптическое разрешение системы?

Как показано, предельный размер пикселя для эффективной выборки этих линий с пикселями камеры составляет 100 мкм. Если бы размер пикселя был больше 100 мкм, информация о черных и белых линиях не была бы выбрана должным образом. Как показано выше, если размер пикселя значительно больше 100 мкм, чередующийся черно-белый узор может быть преобразован в размытое серое изображение.

Предельное разрешение камеры с пикселями 100 мкм
= 1000 мкм / мм ÷ 2 x Размер пикселя (в мкм)
= 500 / Размер пикселя (в мкм) = 500/100 = 5lp / мм

Согласно Найквисту, требуется минимум два пикселя, чтобы выделить объект в изображении.Наивысшая пространственная частота, которую может разрешить датчик, частота Найквиста, фактически равна двум пикселям или одной паре линий. Таким образом, можно прийти к простой формуле для оценки пространственного разрешения камеры, ограниченного размером пикселя камеры:

1 мм = 1000 мкм

Разрешение, ограниченное размером пикселя камеры (в lp / мм) = 1000 / (2 x размер пикселя в мкм) = 500 / (размер пикселя в мкм).

Например, камера, основанная на формирователях изображений Sony CMOS Pregius Gen2, таких как IMX264 или IMX304, с размером пикселя 3.45 мкм обеспечивает разрешение 500 / 3,45 = 145 линий / мм.

Ограниченное разрешение Найквиста для разных размеров пикселей

Датчик изображения типа Размер пикселя (мкм) Найквист Ограниченное разрешение (lp / мм)
Sony Starvis BSI 2.4 208,3
Sony Pregius Gen1 5,86 85,3
Sony Pregius Gen2 3.45 144,9
Sony Pregius Gen3 4,5 111,1
Sony Pregius Gen4 2.74 182,5
Sony SenSWIR 5,0 100
sCMOS_6.5 мкм 6,5 76,9
sCMOS_2,5 мкм 2,5 200

Системные требования

В общем, следует рассмотреть возможность использования объектива с более высоким оптическим разрешением, чем разрешение камеры, ограниченное размером пикселя.В приведенном выше примере камеры с тепловизором Sony CMOS Pregius Gen2 с пикселями 3,45 мкм, объектив из серии 1-1955x с оптическим разрешением 200 линий / мм в центре и 160 линий / мм по краям обеспечит более высокое оптическое разрешение системы, поскольку оно ограничено не объективом, а размером пикселя камеры.

Если такая камера используется с объективом, который ранее был описан как способный разрешать 100 lp / мм, система будет ограничена объективом, а не камерой. Это означает, что камера с оптическим разрешением 145 линий / мм ограничена объективом до 100 линий / мм.

Обратите внимание, что объективы с более низким оптическим разрешением можно использовать, если оптическое разрешение не является первостепенной задачей, и в таких случаях вполне можно использовать экономичные объективы с более низким разрешением.

Главный вывод здесь состоит в том, что нужно смотреть на размер пикселя камеры И оптическое разрешение объектива. Объектив в нашем примере, который имеет оптическое разрешение 100 линп / мм (и поэтому не идеален для использования с пикселем 3,45 мкм), будет хорошо согласован с камерой с ограничением размера пикселя 500 / 100lp / мм [ размер пикселя ≤ 5 мкм].В этом случае линза 200 лин / мм будет излишней. Это также означает, что объектив 100 лин / мм в нашем предыдущем примере будет хорошо согласован с камерой, например, с пикселями 5,5 мкм.

Разве дифракция не играет роли?

Стоит отметить, что системы камера + объектив обычно не ограничиваются дифракцией в своем оптическом разрешении, за исключением случаев, когда диафрагма объектива установлена ​​на очень маленькую диафрагму (соответствующую большому f / #, обычно выше, чем f / 8). Оптическое разрешение системы камера + объектив, вероятно, будет ограничено оптическим качеством объектива (указывается в парах линий на мм) или размером пикселей в камере.

Это показано в таблице ниже. Числовая апертура рассчитывается по формуле NA = 1 / (2 * f / #). Ограниченное дифракцией разрешение оценивается на длине волны 550 нм с использованием критерия Рэлея:

.

Размер пятна, ограниченный дифракцией = 0,61 * лямбда / NA

Из вышеизложенного можно вывести ограниченное дифракцией разрешение в lp / мм, вычислив: 500 / Ограниченный дифракцией размер пятна (в мкм)

Если мы предположим, что указание производителя на качество оптики в центре объектива составляет 100 линий / мм, становится ясно, что общее оптическое разрешение ограничено оптическим качеством стекла (100 линий / мм) или камерой. пикселей (которые не указаны в этом примере) для всех f / # s, за исключением f / 16, при котором система будет ограничена дифракцией 93 lp / мм.

F / # и разрешение с ограничением дифракции

f / # NA Разрешение, ограниченное дифракцией (@ 550 нм), мкм Дифракционно ограниченное разрешение (в lp / мм)
0.95 0,53 0,32 1569
1,4 0,36 0.47 1065
2 0,25 0,67 745
2.8 0,18 0,94 532
4 0,13 1.34 373
5,6 0,09 1,88 266
8 0.06 2,68 186
11 0,05 3,69 135
16 0.03 5,37 93

По этой причине влиянием дифракции на оптическое разрешение системы камера + объектив обычно можно не учитывать. Исключение составляют случаи использования, в которых объективы настроены на высокое значение f / #. Поскольку это часто делается для получения более высокой глубины резкости, нередко можно увидеть, как изображение заметно «смягчается», когда диафрагма опускается, чтобы улучшить глубину резкости.

Измерение разрешения объектива — что такое цифровая камера

Значения разрешения объектива уже давно указаны в парах линий на миллиметр, но в цифровой сфере принято использовать количество циклов на пиксель: в чем разница и как связаны эти два показателя разрешения друг другу?

Что мы имеем в виду, когда говорим о разрешении объектива? Одна подсказка №
дается выражением: «Изображение было настолько резким, что можно было видеть каждый волосок на его голове».В этом и заключается суть разрешения… это способность различать мелкие детали, которые в противном случае могли бы размыться в общую область с нечеткими краями между тем, что на самом деле было отдельными объектами в реальной жизни (в данном случае отдельными прядями волос).

Технически модель, которую мы используем, похожа на штакетник с белыми полосами, разделенными черными промежутками. Стоя очень близко к забору, легко увидеть отчетливые белые полосы и черные промежутки, но по мере того, как вы продвигаетесь все дальше и дальше, детали начинают исчезать, и наступает момент, в котором человеческий глаз (или объектив камеры) больше не может разрешать отдельные полосы и пробелы.Это предельное разрешение системы.

Вы можете легко представить себе, что держите перед глазом небольшую квадратную маску размером 1 мм и видите, сколько белых и черных полос вы можете сосчитать на заключительном этапе, прежде чем белые и черные области сольются в массу серого. Если бы было 10 штрихов и пробелов, мы бы сказали, что ваш глаз мог бы видеть 10 пар линий на миллиметр. (На самом деле разрешение следует измерять на сетчатке в задней части глаза, но будьте терпеливы к этому, поскольку это принцип, который имеет большее значение, чем точные технические детали.)

Если бы ваш глаз был полнокадровым цифровым датчиком размером 36×24 мм, то 10 пар линий на миллиметр позволили бы вам сфотографировать удаленный забор длиной 360 полос и промежутков. Если вы попытаетесь втиснуть в изображение более длинный забор, отойдя дальше, полосы и промежутки будут сливаться вместе: вы получите больше изображения, но в процессе вы потеряете детали.

Конечно, для того, чтобы видеть 10 пар линий на миллиметр, ваш глаз должен уметь обнаруживать 20 «вещей» на миллиметр — каждая вещь является либо белой полосой, либо черным пространством.Таким образом, для записи 360 полосок и промежутков вам потребуется не менее 720 пикселей по всему изображению — половина из них записывает белые полосы, а другая половина записывает черные промежутки между полосами.

То же работает в обратном порядке. Если вы знаете, что ваш датчик имеет 3000 пикселей, то вы знаете, что можете записать максимум 1500 пар линий. А учитывая, что диаметр датчика составляет 36 мм, вы можете разделить 1500 на 36, чтобы вычислить, что максимальное разрешение датчика должно составлять 42 пары линий на миллиметр.(На самом деле существует сложность, известная как критерий Найквиста, которая уменьшает вдвое эту цифру, но мы не будем обращать на это внимание.)

Большой вопрос заключается в том, насколько хорошо любой конкретный объектив соответствует датчику — и, следовательно, насколько близко объектив позволяет датчику приблизиться к максимальному разрешению. Один из способов определить это — вычислить число пар линий на миллиметр, а затем выразить это как долю (или процент) от теоретического значения датчика.

Однако было бы проще вычислить, насколько близко объектив подходит к записи одной «вещи» на каждый пиксель.Это то же самое, что и запись половины пары на каждый пиксель. И если мы называем полную пару «циклом», то теоретическое максимальное разрешение составляет половину цикла на пиксель. Вот почему графики разрешения, которые появляются в моих тестах объективов для определения цифровой камеры, имеют вертикальную ось, на которой измеряется количество циклов на пиксель. Максимально возможное теоретическое значение составляет 0,5 цикла на пиксель, хотя все, что выше 0,25 цикла на пиксель, нормально в соответствии с критерием Найквиста. Как отмечалось в моей последней записи в блоге: Olympus стал первым производителем линз (среди линз, которые я тестировал), достигшим магической отметки 0.Показатель производительности 5 циклов на пиксель.

Чтобы перейти в обратном направлении и перейти от циклов на пиксель к парам линий на миллиметр, вам необходимо знать значение разрешения, размер сенсора и количество пикселей сенсора. График, показанный выше, например, показывает максимальное разрешение около 0,34 цикла на пиксель. Это означает, что для записи полного цикла потребуется около трех пикселей, что то же самое, что и пара линий. В данном случае использовалась камера Nikon D700, матрица которой имеет 4256 пикселей по ширине, что означает, что она может записывать одну треть этого количества пар линий, или 0.34 x 4256, если быть точным, что дает 1447 пар линий. Учитывая, что D700 представляет собой полнокадровую камеру с сенсором шириной 36 мм, 1447 пар линий в общем масштабе сокращаются до 40 пар линий на миллиметр (1447 разделенных на 36).

Некоторые люди могут подумать, что это довольно скромные характеристики, но они уже превышают пороговое значение критерия Найквиста, поэтому объектив уже хорошо подходит для D700, и мало что можно получить, создав его с еще более высоким уровнем разрешения.

Расчет разрешения сенсора камеры и фокусного расстояния объектива

Обычно объективы имеют фиксированное фокусное расстояние.Кроме того, обычно рабочее расстояние является гибким, поэтому для простых вычислений начните с отношения рабочего расстояния к фокусному расстоянию. Это позволит вам использовать определенные фокусные расстояния объектива для определения необходимого рабочего расстояния. Если рабочее расстояние ограничено, то, инвертируя это соотношение, мы получаем отношение фокусного расстояния к рабочему расстоянию. Это позволит вам использовать ряд вариантов рабочего расстояния, чтобы получить диапазон фокусных расстояний. Затем, когда линза выбрана, вы можете пересчитать точное необходимое рабочее расстояние.

Эти расчеты основаны на следующем уравнении:

Вычислить фокусное расстояние:

  • Пример 4 (Использование гибкого рабочего расстояния): мой FOV составляет 508 мм x 381 мм, размер моего сенсора — 8,47 мм (диагональ). Отношение рабочего расстояния к фокусному расстоянию составляет 381 мм / 8,47 мм = 45: 1. Итак, если я выберу фокусное расстояние 25 мм (что составляет около 1 дюйма), тогда потребуется рабочее расстояние около 1140 мм (45 дюймов). Если максимальное доступное рабочее расстояние составляет 889 мм (35 дюймов), то инвертирование соотношения (1:45) дает максимальное фокусное расстояние 35/45 = 19.76 мм (7/9 «), поэтому подойдет фокусное расстояние 16 мм. Обратный расчет дает необходимое рабочее расстояние около 711,2 мм (28»).
  • Пример 5 (Использование фиксированного рабочего расстояния): мое поле обзора составляет 609,6 мм x 609,6 мм, формат моего датчика — 12,7 мм (диагональ), а мое рабочее расстояние — 1016 мм. Чтобы точно определить фокусное расстояние, вам необходимо знать соотношение сторон сенсора. Если точное значение не требуется, подойдет диагональ. Решение приведенного выше уравнения для фокусного расстояния будет (12.7X1016) / 609,6 = 21,2 мм. Это не обычное фокусное расстояние объектива, поэтому потребуется либо рабочее расстояние, либо нестандартный объектив, который позволяет пользователю изменять фокусное расстояние.

Объективы производятся с ограниченным числом стандартных фокусных расстояний. Стандартные фокусные расстояния линз включают 6 мм, 8 мм, 12,5 мм, 25 мм и 50 мм. После того, как вы выбрали объектив, фокусное расстояние которого наиболее близко к фокусному расстоянию, требуемому вашей системой визуализации, вам необходимо отрегулировать рабочее расстояние, чтобы сфокусировать проверяемый объект.

Примечание: Объективы с коротким фокусным расстоянием (менее 12 мм) создают изображения со значительным искажением. Если ваше приложение чувствительно к искажению изображения, попробуйте увеличить рабочее расстояние и используйте объектив с большим фокусным расстоянием. Если вы не можете изменить рабочее расстояние, вы несколько ограничены в выборе объектива.

Для вашей камеры Basler используйте инструмент Basler Lens Selector.

LensRentals объявляет Sony 135mm F1.8 G Станьте «самым острым» из когда-либо протестированных

Дэвид Шлосс, вице-президент PixelShift

Компания LensRentals известна своим тщательным тестированием оборудования, а основатель Lens Rentals Роджер Сикала проводит серию тестов, чтобы определить их оптические свойства.

Cicala недавно протестировала объектив Sony 135mm F1.8 G Master и объявила его «самым резким объективом, который мы тестировали. Период».

Стендовое оптическое тестирование, проведенное LensRentals, определяет разрешающую способность линз, и компания использует их для создания диаграммы MTF, графика, показывающего, насколько хорошо он работает от центра до краев.Чем выше точка на графике, тем лучше разрешение.

Диаграмма © LensRentals и взята из их статьи на https://www.lensrentals.com/blog/2019/03/sony-fe-135mm-f1-8-gm-early-mtf-results/

Cicala заключила

Давайте сделайте это простым и понятным. В центре это самый высокий MTF, который я видел на не супертелеобъективе. Самый высокий. Особо выделим фиолетовую линию, которая составляет 50 линий / мм. Это более высокая частота, чем какие-либо тесты производителей (о которых мы знаем), она подходит для получения мелких деталей на камерах с самым высоким разрешением.Мы считаем очень приемлемым значение MTF 0,5 при 50 л / мм. Это намного лучше, почти 0,8 в центре. Мы никогда раньше не видели такого разрешения.

Cicala сравнила Sony 135mm F1.8 G Master с хорошо зарекомендовавшим себя Sigma 135mm и обнаружила, что объектив Sony «значительно лучше, особенно при более высоких разрешениях».

По мере увеличения разрешения сенсора наступает момент, когда объектив больше не может разрешить больше деталей из-за улучшения резкости. Другими словами, если вы установите сверхрезкий объектив на камеру с датчиком с низким разрешением, датчик не сможет увидеть все детали, которые обеспечивает объектив оптически.По мере того, как вы получаете более высокое количество мегапикселей, вам нужны объективы Shaprer, чтобы не отставать от увеличения разрешения сенсора.

Sony 135mm F1.8 G Master имеет гораздо более высокую разрешающую способность, поэтому он отлично сочетается с датчиками высокого разрешения. Это означает, что 135 мм F1.8 G Master разработан не только для современных датчиков с высоким разрешением, таких как датчик 42MP в a7R III, но и для удовлетворения потребностей фотографического оборудования завтрашнего дня.

Способность объектива распознавать детали измеряется парами линий на миллиметр (lp / мм).Вы можете думать об этом как о проверке зрения, когда лучшее зрение позволяет различать все меньшие и меньшие буквы на глазной диаграмме. С линзами тест заключается в том, сколько крошечных пар линий можно увидеть на одном миллиметре.

Хотя это чрезмерное упрощение, разрешение объектива измеряется в миллиметрах пары линий, что представляет собой количество крошечных линий и расстояние между ними, которое он может различить в одном миллиметре пространства. Чем выше количество пар линий на миллиметр, тем меньше могут быть линии и промежуток между ними, при этом они все равно выглядят как отдельные объекты.

Источник: Wikipedia

Эта диаграмма, хотя и не в масштабе, дает хороший пример того, как оцениваются пары линий на миллиметр. Чем меньше группировка, тем выше необходимое разрешение, чтобы не видеть размытость.

Кроме того, разрешающая способность линзы является важным фактором в общей производительности системы, так же как и разрешающая способность сенсора. Например, датчик MicroFourThirds не может разрешить такой же уровень детализации с объективом 100 лин / мм, как полнокадровый датчик, при данном размере датчика.

Cicala сравнила Sony 135mm F1.8 GM со скоростью 100 лин / мм с другими широко известными объективами. «При 100 lp / мм объектив Sony 135mm f / 1.8 GM имеет более высокую MTF, чем большинство отличных простых объективов при 50 lp / мм. Если вы не говорите MTF, в основном это означает, что этот объектив может разрешать мелкие детали, которые могут быть размытыми. на отличных линзах «.

Cicala добавляет: «Ни один объектив, который мы когда-либо тестировали, не давал такого разрешения 100 линий / мм при любой диафрагме. Еще один объектив был близок, но я не могу назвать его название. Мы были под таким строгим неразглашением, что мы никогда не называл его по имени.Его просто называли «рассматриваемый объектив», и он был огромным прототипом. Но даже этот объектив был не так хорош при 100 линзах / мм ».

Диаграммы MTF и тестирование объективов могут показаться загадочными и запутанными, но, в конце концов, объектив — это больше, чем просто число. Sony 135mm Объектив F1.8 G Master уже рассматривается как «идеальный портретный объектив» (Искусство фотографии), «мастер боке» (Стив Хафф), «Оптически звездный» (Ресурсы для обработки изображений), «близкий к совершенству» (BroaderFocus). и тот, который «устанавливает планку на этом фокусном расстоянии» (CameraLabs).

Чтобы обсудить разрешение объектива, линейку Sony G Master, камеры Sony Alpha или что-нибудь еще, пожалуйста, обращайтесь.

Станьте первым комментатором

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *