镜头成像系统解析力分类及MTF重点介绍

镜头成像系统解析力分类

解析力是摄像头最关键的指标之一。所有用户几乎拿到一张照片的时候首先看到的是照片清楚不清楚，这里的清楚指的就是解析力。目前主流的办法主要有三种TV line检测、MTF检测以及SFR检测，下面一一介绍。

1.MTF：

MTF是Modulation Transfer Function的英文简称，中文为调制传递函数。是指调制度随空间频率变化的函数称为调制度传递函数。传递函数最开始是为了说明镜头的能力。在各个摄像头镜头中经常采用MTF描述镜头的MTF曲线，表明镜头的能力。这些曲线是通过理想的测试环境下尽量减少其它系统对镜头的解析力的衰减的情况下测试得出的。但是其实MTF也可以涵盖对整个成像系统的解析力评价。MTF的值越接近于1，说明镜头的成像效果越好。

2.SFR：

SFR是 Spatial Frequency Response (SFR) 主要是用于测量随着空间频率的线条增加对单一影像的所造成影响。简言之SFR就是MTF的另外一种测试方法。这种测试方法在很大程度上精简了测试流程。SFR的最终计算是希望得到MTF曲线。SFR的计算方法和MTF虽然不同但是在结果上是基本一致的。

3.TV line

TV line主要用于主观测试，总体来说没有一个具体的标准。大多数公司是以人的读取为标准。不同人的读取，以及状态的不同都会导致读取值的不稳定，也有一些读取TV line的软件如HYRes、iSeetest。

其优点包括有：非常直观，用肉眼就可以观察、对测试要求相对SFR较低、数据覆盖面大，比频率线测试精确、可以用软件辅助测试，得到更为精确的数据。

这里需要了解一下MTF与SFR单位区别，LP/mm&Cy/mm，都是进行分辨率衡量的单位，具体含义：线对每毫米（lp/mm）、周期每毫米（cy/mm）。

此外,常用到的分辨率单位还有线对每毫弧度（lp/mr）以及周期每毫弧度（cy/mr）。

在上图中，上半部分的是原图像，下半部分表示相机拍摄得到的图像。可以看出线对的边缘经过镜头之后明显变得模糊，并且线对越密越模糊，相应的MTF也就越低。cy/mm表示的就是在图像的一个毫米内有多少线对。此外，线对和像素间距之间还可以进行转换。

MTF、解像力测试以及相关测试方法

近几年，随着人们生活水平的提高，互联网交际圈的日益发达，人们对高像素手机的需求越来越大，高像素手机镜头的市场需求量也随之水涨船高。为此，需要评测人员对手机镜头和对应模组进行严格的评价，对模组的设计和产品的出货检验提供技术支持和保障。我司主要从MTF测试，拍摄鉴别率测试，TV畸变测试，色彩还原性测试，杂光测试，鬼像测试以及相对照度测试等。

1.MTF测试

MTF为光学调制传递函数测试，即ContrastTransfer Function，也就是：对比度转换函数。Modulation是I的maximum减去I的minimum除以I的maximum加上I的minimum；也就是(光的最亮度减去光的最暗度)与(光的最亮度加上光的最暗度)的比值，所得出来的结果M，就是光的对比度。物的Modulation为Mo，像的Modulation为Mi，MTF=Mi/Mo。是利用一光强分布在空间上成正弦变化的物体经由待测系统收集并分析成像面上的光强分布（PSP），最后经由傅里叶换算所得出的结果。它是手机模组镜头最准确的像质评测方式。图1为测试的MTF曲线。

图1 MTF测试曲线

我司研发实验室使用的是德国Trioptics公司的ImageMaster HR（研发阶段用 MTF测试仪），见图2。车间内使用的是德国Trioptics公司的ImageMaster Pro5（工业性量产用 MTF测试仪），见图3。

图2 Image Master HR及其操作界面

图3 Image Master Pro5

ImageMaster HR功能以及测试项目：在轴和离轴的MTF、LSF、PSF，EFL（1-50mm)，ThroughFocus/Freq.（离焦），OpticalDistortion，FOV(View of angle)视场角，CRA(ChiefRay Angle)主光线入射角以及Relative Illumination相对照度。

2.解像力测试

具体实验测试操作：将模组调至近焦、调焦和远焦位置,对准分辨率标板的中心，且使标板充满全屏（全视场）,拍摄图片并保存，通过计算机图像处理软件按实际像素图像模式进行目视观测，判断整个视场的纵、横向及45°方向上的分辨率中心>=No，四周>=0.8No，并计算整个视场的分辨率算术平均值，且>=0.8No，其中No为模组理论上可以达到的最高分辨率，No=0.5×Mo（Mo为短边方向的有效像素数），单位是LW/PH。

拍摄鉴别率标版：见下图

EIAJ resolution chartIEEEresolution test chart

ISO12233增强型

增强型鉴别率标版详解：

1.垂直解像力条（VerticalRes)---可目测镜头对垂直影像的解像力　　2.对比指示条（Contrastindicator)---用于显示在空间频率不同下的对比状况　　3.对角线解像力条（DiagonalRes)---45°倾斜的对角线解像力条　　4.中央对焦区（Centerfocusing area)---两种不同频率的同心圆，协助对焦）　　5.水平解像力条（HorizontalRes）---可目测镜头对水平影像的解像力

以上就是镜头解析力评价指标，供参考学习，谢谢！

工业镜头最简单最专业的评测方法

工业镜头和其他镜头（如单反镜头、行车记录仪镜头、手机镜头）在使用、性能、设计、和生产等方面都是有差异的。所以要知道在评测工业镜头的性能时，我们到底要测哪些指标？专业精密的镜头测试仪器可以对一支镜头给出几十页的报告，价格也非常昂贵。作为镜头使用者而非生产者，只用一些简单的工具加算法也能实现镜头评测。

分辨率

分辨率是工业镜头最重要的参数，描述镜头能看清多少细节。镜头可以看成是一个低通滤波器。信息经过镜头后，带有细节的高频信息会丢失。

测试镜头分辨率，我们首先需要一个分辨率板。USAF1951可以读取镜头能分辨最细的线宽，我们就可以准确的读出镜头的物方分辨率。物方分辨率跟工作距离远近有关，最好换算成像方分辨率。星标板比USAF1951更加直观，但是不能读数。

一定要把视野中心调至最清晰，再分别读取中心和四角的读数。注意下，不同的镜头对比测试时，要保证光圈和工作距离的一致。测试分辨率至少要测中心和四角5个点，好的镜头四角成像差异不大。对FA镜头来说中心成像肯定优于边缘。

两款同样规格不同生产厂商的镜头

第一个镜头有明显的场曲即中心和周边不同步

畸变

光学上以放大倍率的不准确性的定义畸变，即物象空间的坐标不是线性对应的。一般离视野中心越远放大倍率变化越大。

但是由于光学畸变不容易准确测量，我们又创造了一个新的定义：TV畸变=△H/H。

Halcon等图像处理软件在标定畸变时用光学畸变。软件测量畸变大部分用TV畸变。同一支镜头，光学畸变的值要大于TV畸变。用软件Imatest测试畸变是最快速准确的。如果没有条件购买Imatest，可以根据光学畸变的定义写个程序。读取物空间坐标，找出和理论坐标的差异，再除以到中心点的距离，就知道了一个点的畸变值。但光学畸变是非线性的，尤其是混合畸变，可能出现中心枕形边缘桶形畸变。所以要尽可能多的采集点，拟合畸变曲线。

Imatest测试畸变

三个不同镜头的畸变曲线

最简单的办法就是用棋盘格标定板直接肉眼看，甚至用尺子放在视野边缘看弯曲程度。

相对照度

人们常忽视图像中心和边缘的亮度差，这在识别边缘时非常重要，过大的亮度差会导致中心和边缘图像提取特征不稳定。

测试镜头相对照度非常简单，找一块较大的亮度均匀的面光源，先想办法验证光源的亮度均匀性。对光源拍照，取中心和边缘区域平均灰度值的差值，再除以中心区域灰度值，就得到了镜头的相对照度。图像的亮度是从中心到周边逐步变暗的，各方向没有差别，所以只要对一个角取值。相对照度是会随着工作距离变化，一般工作距离越近，相对照度越高。光圈越小，亮度越均匀，相对照度越高。

相对照度曲线

对比度

对比度是经常被忽略的重要参数，人们常混淆了对比度和分辨率这两概念。对比度对应MTF图中的低频区域，分辨率对应高频区域。拍摄分辨率板，在较粗线条的边缘拉一条线，读取黑到白的连续灰度值，再由以下公式计算。

如图，ABC分别是三个镜头的MTF曲线。镜头B比A对比度好，但分辨率差。

在手机面板的检测应用中，镜头的对比度比分辨率更加重要。因为不良点和正常点常常只有个位数的灰度值差异，对比度低的镜头很难将不良点找到。

杂光

工业镜头比起安防、单反和车载镜头，对杂光的要求不高。这是因为大部分机器视觉应用打光较均匀，环境稳定，强光直射入镜头的情况比较少。杂光问题比较难解决，不良现象种类多，不同的环境光下，镜头的不良现象会不同。用一个强光手电筒，可以简单测试镜头抗杂光能力。如果在项目中遇到杂光，请试着调整光源角度，或者安装偏振片。实在不行就需要更换镜头。

高效率镜头测试神器

我司制作了一款方便携带的镜头测试仪，用于给客户演示镜头效果。可以快速测试镜头的分辨率和畸变。比相机实拍检测更快速，五分钟内可以对比两款不同镜头的成像优劣，让镜头的性能不再是一种玄学。

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