Разрешающая способность объектива — Одесское фотографическое общество
Хотелось бы немного поговорить о таком понятии, как разрешающая способность объектива. Трестируя различные объективы на определенных камерах, невольно начинаешь задумываться, а почему же так? Почему на камерах с объективами одного и того же производителя, результат получаеться иной раз хуже, чем с объективами стороннего производителя? А ведь объектив имеет огромную роль в раскрытии потенциала камеры. Безусловно, технологии и качество у всех разные, но все же. Складывается такое впечатление, что производители намеренно не говорят об этом, а многие фотографы не задумываются или не в курсе.
Что такое разрешающая способность объектива. Это показатель способности объектива воспроизводить мельчайшие детали объекта в изображении. Количественно разрешающая способность выражается максимальным числом штрихов и равных им по ширине промежутков, раздельно передаваемых объективом на 1 мм длины изображения.
То есть насколько детальное изображение может дать объектив.
Когда мы говорим о среднем формате, Хасселблад, Мамия и т.д. разрешающая способность на таких объективах больше, чем на объективах 35 мм. Разрешающая способность пленки конечно больше, чем у цифры.
В мире цифровых камер наблюдается какой-то бардак. Матрицы полнокадровых 35 мм камер все увеличиваются, а вот объективы у тех же производителей под большим вопросом. Например Leica q1 была создана с матрицей 24 мп и набором объективов к ней, затем они выпустили Leica q2 с матрицей 42 МП, а объективы остались тем же.
И что мы видим, изображение совсем другое, цвет, детализация, при ночной съемке камера справляется хуже. Изменения совсем не в лучшую сторону. Nikon создала камеру Nikon d850, но не сделала под нее объективы. В результате чего потенциал этой камеры сложно раскрыть, и в определенных условиях она не дает такой результат, как от нее ожидаешь. Тут на помощь пришел объектив Voigtlander Ultron . Недавно мы тестировали объективы Zeiss серии Оtus выпущенной для камер Nicon и Canon. Производитель в своей презентации говорит следующее: “Эти объективы специально разработаны для современных цифровых зеркальных фотоаппаратов с сенсорами высокого разрешения. Линзы Otus от ZEISS на этих камерах предлагает качество, которое иначе достигается только на системах среднего формата. Благодаря своей исключительной резкости, ZEISS Otus использует весь потенциал современных датчиков высокого разрешения и награждает фотографов изображениями, которые характеризуются захватывающей дух передачей даже мельчайших деталей.
На момент выпуска этой серии такой камерой считалась камера с матрицей 36 МП для полного кадра. У Nikon такой была камера D800, потом D810. Сейчас мы как раз тестируем эти камеры с объективами Otus и Milvus. И результат прекрасный.
Многие сейчас покупают камеры и объективы не задумываясь о таких вещах, а потом сетуют, что изображение получаеться не такое как хотелось бы, и начинаются хождения по мукам.
32. Разрешающая способность объектива
Разреша́ющая си́ла объекти́ва — характеристики фотографического объектива, отображающие его свойства по передаче чёткого изображения.
Разрешающая
способность объектива оценивается по
количеству воспроизводимых штрихов на
1 мм изображения, которое тот способен
спроецировать на фоточувствительный
элемент (плёнку или матрицу цифровой
камеры). Само собой разумеется, что при
этом снимаемый объект находится в
фокусе, а не в зоне резкого изображения
для данного объектива. Измерения
разрешающей способности проводят с
помощью специальных мир.
Разрешающая сила объективов неоднородна по полю изображения, обычно уменьшаясь к краям изображения. Это обусловлено наличием у объектива внеосевых аберраций (кома, астигматизм), которые не наблюдаются в центре поля.
Разрешающая сила у объективов одинаковой конструкции уменьшается с увеличением главного фокусного расстояния: у короткофокусных (широкоугольных) она выше, чем у длиннофокусных.
Для каждого объектива существует относительное отверстие (диафрагма), при котором его разрешающая сила максимальна. Это обусловлено тем, что сначала при диафрагмировании происходит улучшение изображения за счет уменьшения аберраций, а потом ухудшение за счёт дифракции.
Для определения оптимальной по разрешающей силе диафрагмы для конкретного объектива следует обратиться к результатам тестов. В целом, с ростом максимальной разрешающей способности ее максимум смещается в сторону более открытой диафрагмы.
Фотографические
объективы служат для получения изображения
на фотоматериале или цифровой матрице,
которые также обладают определённой
разрешающей способностью.
Поэтому для
полного использования разрешающей силы
объектива следует использовать его с
соответствующими фотоматериалами или
матрицами, разрешающая способность
которых равна или выше разрешающей
способности объектива, так как разрешающая
способность системы объектив +
светочувствительный элемент заведомо
не выше разрешения каждого компонента.
Для определения разрешающей силы объектива используют различного вида миры — испытательные таблицы с нанесёнными на них штрихами различной ширины и длины.
Разрешающая сила объектива по ГОСТ в СССР измерялась в линиях на 1 мм, она всегда больше в центральной части изображения и меньше на его краях. Современные данные могут оперировать иным способом оценки числа линий, когда учитываются как чёрные, так и белые линии. Разрешение при этом численно удваивается, не меняясь по сути.
Разрешающая способность системы объектив + светочувствительный элемент приближенно определяется по формуле:
,
где
–
разрешающая сила объектива в линиях на
1 мм;
—
разрешающая сила светочувствительного
элемента в линиях на 1 мм.
Данная формула
непригодна для матричных фотоприемников
в связи с их дискретным характером.
Частотно-контрастная характеристика (ЧКХ), известная также как Modulation Transfer Function (MTF), определяет, насколько хорошо локальные вариации яркости в изображении сохраняются при прохождении через объектив.
Частотно-контрастная характеристика — это способ оценки работы объектива, заключающийся в определении контра-стности при воспроизведении, или резкости.
Показатель ЧКХ вырожает зависимость контрастности изображения даваемого объективом от велечины отдельных деталей объкта.
Для того что бы определить эту зависимость применяют специальные миры(решотки) закономерно изменяющейся шириной штрихов и промежутков.
Решетки со ступенчатой яркостью штрихов и промежутков называется прямоугольными , а с плавным переходом синусоедальные.
Для
определения ЧКХ исследуемого объектива,
получают с его помощью изображение
мира, затем с помощью микро-фотометра,
позволяющего производить замеры на
небольших по площади участках, определяют
освещенность штрихов и промежутков.
Таким образлм мы видим что контраст изображаемого объективом зависит от величины объекта.
ЧКХ вычесляется по формуле T (N) =K/K об.
T (N) – частотно контрастная характеристика. Это кофициэнт передачи контраста (T) при частоте (N)
K- контраст в оптическом изображении
K об. – что у нас существует в реальности
Используют полученные данные из формулы в построении графиков ЧКХ объективов.
ЧКХ-объектива может быть найдены на всех стадиях фотопроцесса от получения оптического изображения до получения отпечатков.
Общую характеристику всей изображающей системы находят умножением отдельных ЧКХ съемного объектива, негативного фотоматериала, объектива фотоувеличителя и фотобумаг.
Выбор правильного разрешения и объектива для системы IP-камер
Разрешение вашей системы IP-камер определяется как камерой, так и объективом. Объектив должен иметь достаточное разрешение, чтобы соответствовать мегапиксельному сенсору камеры.
Какое разрешение требуется от вашей системы IP-камер?
Величина разрешения зависит от того, что вы хотите видеть.
Вы хотите увидеть дерево или определить форму листьев? Вы хотите иметь возможность видеть толпу людей или иметь возможность идентифицировать лицо человека? Чем больше деталей нам нужно, тем большего разрешения мы требуем.
Лучший способ измерить разрешение — определить количество пикселей на объекте, который вы хотите просмотреть. Например, мы определили, что около 50 пикселей на лице человека позволят вам узнать человека, которого вы знаете. Вам понадобится большее количество пикселей, чтобы идентифицировать человека, которого вы не знаете. Нам нужно около 50 пикселей на фут. определить номерной знак, т. е. если освещение хорошее и автомобиль движется не слишком быстро.
M8513: 8,5 мм с ручной диафрагмой, C-MountРеальный взгляд на IP-камеры
Компания IQinvision провела небольшое тестирование и опубликовала результаты на своей веб-странице. Следующий тест был проведен IQinvision.
Методология: Используя камеру IQeye и объектив 6,5 мм, они увеличили расстояние и сделали экспозицию до неузнаваемости лица.
Затем голова и плечи были вырезаны из большого изображения. Они использовали Photoshop, чтобы скопировать лицо и увеличить его до 92 на 110 (исходное разрешение самого большого лица) с помощью бикубической интерполяции. Никакой заточки или других манипуляций не применялось.
Таблица распознавания лиц
Как вы можете видеть на рисунках выше, 40 пикселей на лице — это, вероятно, минимальное количество пикселей, необходимое для распознавания человека, которого вы знаете. Если ширина лица составляет 6 дюймов, нам нужно 80 пикселей на фут. Axis также написала технический документ по тому же вопросу и определила, что необходимо учитывать 3 классификации: обнаружение, распознавание и идентификация. В этом случае вам потребуется всего несколько пикселей (3 пикселя на объекте, чтобы обнаружить человека. Вам потребуется всего 17 пикселей на лице, чтобы распознать кого-то. Причина, по которой вам нужно меньшее разрешение, заключается в том, что распознавание предполагает, что вы его знаете.
Вы могли бы сделать определение, используя не только лицо. Вы могли бы использовать одежду, то, как они ходят, их размер и форму, чтобы узнать их с очень хорошей точностью. С другой стороны, если бы вы вообще их не знали, вы бы потребовалось бы гораздо больше информации.В этом случае Axis рекомендует 40 пикселей по лицу для уверенной идентификации.
Правильный объектив
Объектив — очень важная часть камеры. Если у вас нет подходящего объектива, разрешение не будет таким хорошим, как вы ожидаете. Объектив — это больше, чем просто одно стекло, он содержит диафрагму и несколько регулировок объектива, которые позволяют сфокусировать его и отрегулировать масштабирование. Объектив на самом деле представляет собой полную систему, которая работает вместе, чтобы обеспечить резкое изображение. Разрешение (или детализация), которое вы видите, определяется количеством пикселей в сенсоре камеры, электроникой, компрессией и качеством объектива. У вас может быть 5-мегапиксельный датчик, но если ваш объектив позволяет вам видеть разрешение только в 1 мегапиксель, то все, что вы увидите, — это более низкое разрешение.
Помимо разрешения камеры, система линз также определяет, насколько далеко вы можете что-то увидеть. Он определяет, насколько широкую область (поле зрения) вы можете видеть.
Угол линзы очень важен. Он определяет размер области просмотра (или поля зрения). Взгляните на нашу дискуссию о поле зрения и углах объектива.
Важные характеристики объектива
Максимальная диафрагма:
Спецификация числа f определяет количество света, которое может пройти через объектив. Чем ниже число f, тем лучше для приложений с низким освещением.
Разрешение объектива или четкость:
Разрешение объектива измеряется в парах линий на миллиметр. Объектив должен иметь примерно вдвое большее разрешение, чем датчик камеры. Computar и другие теперь предоставляют качество разрешения в мегапикселях. Если у вас есть 5-мегапиксельная IP-камера, выберите 5-мегапиксельный объектив, чтобы получить наилучшую производительность.
Система линз, используемая в IP-камере, предоставляет множество элементов управления и функций для получения наилучшего изображения.
Существует ряд других характеристик объектива, включая дисторсию, ИК-подсветку и управление диафрагмой, которые следует учитывать. Многие камеры предназначены для работы ночью с использованием ИК-подсветки. Если линза изготовлена неправильно, ИК-свет будет искажаться. Если вы планируете использовать камеру ночью, выберите объектив, на котором указано, что он будет работать с ИК-подсветкой.
Характеристики объектива и камеры определяют то, что мы увидим. Чем выше разрешение IP-камеры, тем больше деталей мы увидим и тем шире поле зрения мы сможем увидеть при том же разрешении. Объектив определяет качество изображения и поле зрения. Оба фактора работают вместе, чтобы обеспечить представление, необходимое для приложения.
Дополнительные сведения о других важных характеристиках камеры, таких как светочувствительность и частота кадров, см. в статье Общие сведения о характеристиках камеры.
Нужна помощь в выборе подходящего объектива и разрешения, просто свяжитесь с нами.
Мы будем рады помочь. 1-800-431-1658 (в США) или 914-944-3425 (за пределами США) или отправьте нам сообщение.
Понимание качества объектива сводится к двум простым факторам: увеличению и разрешению. Но чтобы понять тонкости качества сенсора и объектива, нам нужно понять различия в этих показателях и то, как они сосуществуют.
В этой статье мы объясним:
Понятия увеличения, такие как коэффициенты объектива
См. корреляцию между размером сенсора, размером пикселя и разрешением
Посмотрите на функции передачи модуляции, которые помогают нам понять четкость изображения по мере того, как детали становятся более мелкими.
Это сложные понятия, требующие изучения. В этом руководстве представлен обзор, который поможет вам начать работу.
Как работает увеличение? Увеличение — это оптическое свойство линзы, которое описывает, насколько близко она сфокусирована.
Более конкретно, мы знаем оптическое увеличение как отношение между реальным размером объекта и изображением, которое получает датчик камеры. Мы измеряем это либо в процентах, либо в десятичных дробях, причем 1:1 называется «натуральным размером».
Используйте рисунок слева для обозначения фактического размера. Правая цифра — это показанный размер, так как это соотношение становится неравномерным в любом направлении. Например, соотношение 10:1 соответствует размеру объекта, в десять раз превышающему его первоначальный размер, а соотношение 1:10 означает, что объект имеет лишь 1/10 от исходного размера.
Photography Life хорошо объясняет эту концепцию и подробно описывает ее и ее применение в макрофотографии. Они также объясняют важность размера сенсора для увеличения на примере кроп-сенсора.
В своем примере они создают одно и то же изображение в двух разных окнах, используя кадрированный сенсор. Хотя объекты идентичны, изображение с кроп-сенсора кажется больше, потому что оно занимает больший процент кадра.
С этой целью они объясняют, что увеличение и разрешение не связаны между собой, но увеличение оказывает значительное влияние на захват изображения.
В любой фотографии увеличение важно для выбора объектива и определения глубины резкости. В зависимости от того, что вы снимаете, вам понадобится другой объектив с увеличением, чтобы вместить объект, а не весь пейзаж.
Однако вы должны понимать, что чем больше вы увеличиваете объектив, тем более чувствительным он становится к движению. Эта чувствительность к движению означает, что если ваше использование вызывает значительное дрожание камеры или движение объекта, это вызовет проблемы с получением четкого изображения.
Как работает функция передачи модуляции (MTF)?Разрешение важнее, чем просто одна метрика, поскольку речь идет не только о деталях, но и о качестве этих деталей.
Как объясняет Cambridge in Color, это свойство известно как передаточная функция модуляции (MTF), которое помогает объяснить, насколько хорошо фотография передает региональную яркость объекта.
Другими словами, это означает, насколько хорошо определенные цвета очерчены и изолированы друг от друга, в отличие от их размытия друг в друге при уменьшении разрешения.
Эта статистика не связана с мегапикселями и в современной фотографии является неизбежным барьером для любого объектива, связанным с его светосилой.
MTF 1.0 отлично сохраняет контрастность при разрешении. Тем не менее, поскольку он сжимается, он не может постоянно отличать одно пространство от другого, поэтому достигается предел разрешения. Даже с идеальным объективом этот эффект имеет место. Когда дуга постепенно падает до 0, увеличение качества вашего объектива только замедляет этот эффект, но не останавливает его.
LP/мм, или пар линий на миллиметр, измеряет этот каскад до нуля как вторую статистику. Пары линий — это просто пара линий, которые могут соответствовать заданной единице длины или, в данном случае, определенному разрешению в пикселях.
Мы измеряем линзы при 50% MTF, или 50% потере качества, из-за того, как устроено наше восприятие.
В совокупности это означает, что объектив высокого класса с MTF-50 50 LP/мм и выше, чем объектив с MTF-50 20 LP/мм. По сути, вторая статистика определяет, сколько пар линий приходится на миллиметр при 50-процентной потере качества.
Вы будете анализировать MTF с помощью графиков, которые иногда сложно понять. Важно отметить, что они часто содержат линии разной толщины, цвета и типа, указывающие на разные показатели.
Толщина жирной линии предназначена для мелкомасштабного контраста, а тонкая — для разрешения или мелких деталей. Черные линии обозначают широко открытую диафрагму, а синие означают, что диафрагма находится на уровне f/8.0. Пунктирная линия представляет пары концентрических линий, а сплошная линия — радиальные пары линий или их ориентацию.
Одна линза дает несколько показаний на графике MTF в зависимости от его текущей конфигурации, поэтому эти графики часто могут поначалу выглядеть устрашающе с восемью отдельными линиями, движущимися одна за другой.
Однако это не общепринятая концепция, и иногда ее трудно сравнивать в камерах. Диаграмма MTF использует готовые изображения, что означает, что она представляет качество всей вашей камеры, а не только одного ее аспекта.
Кроме того, при проведении этих сравнений следует учитывать кадрирование или размер сенсора, поскольку один и тот же печатный форм-фактор увеличивает размер кадрированного сенсора. При оценке качества изображения камеры машинного зрения крайне важно понимать, как лучше проводить сравнение, а не сравнивать вслепую одну статистику с другой.
Тем не менее, MTF является полезной базовой линией в определенных сценариях и дает представление о том, как часть оборудования фиксирует более мелкие детали.
Насколько велики датчики CCD и CMoS?Размеры датчиков CCD и CMoS зависят не от их физической площади, а от того, сколько полупроводников может в них поместиться.
С развитием технологий и временем они уменьшаются, так же как размеры пикселей уменьшаются, чтобы разместить все больше и больше пикселей на одной платформе или устройстве.
Тем не менее, важно понимать физические размеры вашего приложения, так как более крупные сенсоры могут естественным образом удерживать больше пикселей.
Vision Doctor в Германии имеет типичные размеры датчиков стандартных промышленных камер технического зрения, а именно:
Формат 1 дюйм: диагональ 16 мм, 119 мм2
⅔” Формат: диагональ 11 мм, 58 мм2
1/1,8” Формат: диагональ 9 мм, 39 мм2
½” Формат: диагональ 8 мм, 32 мм2
1/2,5” Формат: диагональ 7 мм, 25 мм2
⅓” Формат: диагональ 6 мм, 17 мм2
¼” Формат: диагональ 4 мм, 8 мм2
Vision Doctor сохраняет эти показатели с момента перехода от стеклянных вакуумных трубок и ЭЛТ-телевизоров к более традиционным технологиям визуализации.
Чтобы лучше понять эти показатели, они объясняют, как мы видим сенсоры ⅓” в камерах с разрешением 640×480, ½” в 1280×1024 и 1/1,8” в 1600×1200.
Еще одним важным показателем для понимания сенсора является размер его пикселей на обычных камерах, который становится все меньше и меньше. Размер пикселей сенсора влияет на то, сколько данных он собирает.
В свою очередь, это уменьшает количество визуального шума на изображении. В приложениях машинного зрения это означает, что вам потребуются более крупные пиксели сенсора для захвата с высоким разрешением. Например, Vision Doctor отмечает, что датчики с размером пикселя 14 или 10 микрометров предпочтительнее для приложений линейного сканирования.
Это высокое разрешение означает, что высококачественные камеры машинного зрения стоят дороже, но обновление необходимо для получения точных изображений.
Это также объясняет, что больший сенсор не обязательно коррелирует с более высоким разрешением. При выборе решения следует учитывать размер пикселей на микросхеме CMoS или CCD.
Мы понимаем увеличение как размер изображения, а разрешение как средство захвата более мелких деталей. Но эти объяснения являются несколько общими, и есть гораздо больше, чтобы понять уменьшающееся разрешение и то, как оно применимо к оптическому увеличению, а также к вашему датчику изображения.
Самое важное, что нужно понять, это то, что все эти компоненты играют роль в глубине и качестве вашего решения для обработки изображений, поэтому серьезно относитесь к ним или — Размер сенсора и пикселей сенсоров CCD и CMOS | Vision-doctor.com при разработке приложения.
Посетите сайт Navitar для получения дополнительной информации о нашей линейке высококачественных камер машинного зрения.
Источники:
PhotographyLife — Что такое увеличение в фотографии? | Photographylife.