目前百万像素**摄像机已越来越多地应用于（yú）监控，有100万像素摄像（xiàng）机、200万像素摄像机、500万（wàn）像素摄像机等等。摄（shè）像机的像素高是（shì）图像清（qīng）晰的一个方面，另一方面高像素感（gǎn）光元也要配以高（gāo）分辨率的镜（jìng）头才能（néng）使**摄像机的能力得以体现。
镜头分（fèn）辨率
镜（jìng）头的分辨率是指在成（chéng）像平面（miàn）上 1 毫米间距内能分辨开的黑白相间的线条对数，单位是“线对/毫米（mǐ）”（ lp/mm，line-pairs/mm ）。
镜头对黑白等宽的测试（shì）线对图并不是无限可分（fèn）辨的。当黑白等宽的测试线（xiàn）对密度不高的时候，成像平面处黑白线条是很清晰的。当黑白等宽的测试线对密度提（tí）高时，在成像平面处还是可以分辨出黑白线条，但是白线已不是（shì）那么（me）白了，黑线也不是那么黑了，白线黑线的对比度就会下降。当黑（hēi）白等宽的测试线对密度提高到某一程度（dù）， 在成像平面处（chù）黑（hēi）白线的对比度非常（cháng）小，黑白线条都变成了灰的中间色了（le），这就到（dào）了镜头分辨的极限。参见图一。
图 1
好的镜头和差的（de）镜（jìng）头的分（fèn）辨率是有很大不同的。测试镜头分（fèn）辨率的一种方法是将待测镜（jìng）头装在一个胶片（piàn）照相机上。去拍摄黑白条纹图（分（fèn）辨率图版），然后用高倍放大镜（镜头分辨率检（jiǎn）测（cè）仪）检测底片上每（měi）毫米范围内能清晰分辨的线条对数，能分辨得越多则分辨率（lǜ）越高。按照我（wǒ）国照相机检测标（biāo）准（JB745-65），一般 135 照相（xiàng）机的镜头中心视场达到37线对/毫米、边（biān）缘视场达（dá）到22线对/毫米（mǐ），就算是一级镜头。
用数（shù）线条（tiáo）的（de）方法确定分辨率（lǜ）是一种（zhǒng）方法，还有一（yī）种更为客观的方法是测量镜头的 MTF函数。
MTF（modulation transfer function 调制传递函数）以此来反映镜头的反差和分辨率被测的黑白条纹图（分辨率图版）白线最亮处与黑线最暗处的差别，反映了被测图形的反差（或称对比度）。设白线最大亮度为Imax，黑线最小（xiǎo）亮（liàng）度为Imin ，我（wǒ）们用调制（zhì）度（Modulation）来表示（shì）反差的（de）大小。调制度（dù）M定义如下：
M=(Imax－Imin)/(Imax＋Imin)
同样通过镜头成像的图形白线最亮处与黑线最暗处的差别，反映（yìng）了成像图形的反差(对比度 )。设白线（xiàn）最（zuì）大亮度为（wéi）I*max，黑线最（zuì）小亮度为I*min，调制度M*如下：M*=（I*max－I*min)/（I*max＋I*min）。
如果原来图像的调制度（dù）M和经过镜头后成像（xiàng）的调制度（dù）M*，那么MTF值为：MTF=M*/M
当然，我们希（xī）望原来图像的调制（zhì）度M和经过镜头后成像的（de）调（diào）制度M*能“原汁原味”，M*=M 即 MTF=1，经过镜（jìng）头后成像（xiàng）的反差（对比度）和原图像一样，但实（shí）际情况是经过镜头成像的 M* 要小于原（yuán）来图像的M。
当被测的（de）黑白条纹图密（mì）度不高时，M*和M几乎相（xiàng）等。随着被（bèi）测的黑白条纹图密度逐渐提高时，I*max和I*min会逐渐接近，M*会逐渐变小，直到为 0， MTF 也同样逐渐（jiàn）变小，直（zhí）到为0。
当我（wǒ）们改变测试（shì）图的黑白条（tiáo）纹图密度时，所成图（tú）像的条纹密度即所代表的分（fèn）辨率或称（chēng）每毫米线（xiàn）对（ lp/mm）也在改变。将 lp/mm 值（zhí）作为横坐标将镜头 MTF 值作纵坐标连成图， 我们就得到了 MTF-lp/mm 图，参见图二。
图 2
在图二（èr）中最上面是一组逐渐变密的（de）黑白测试线条，中间是一组（zǔ）通过镜头成像的线条，下图中红色曲线就是镜头所成图像的亮度变化曲线，蓝色曲线就是 MTF-lp/mm 曲线。
当黑（hēi）白线条很粗时（分辨率很低 <10 lp/mm）测试图和成像的黑白线条的亮度一样，都很黑（hēi）或很白，体现在红色曲线就是（shì）曲线上下幅度很大，蓝色这部分 MTF-lp/mm 曲线都接近 100%。当测试线条变密（mì）通过镜头（tóu）成像的白线条就会（huì）变暗，黑线条（tiáo）也不怎么黑了（le），看 40lp/mm 处，代（dài）表黑白亮度的红线幅度变小，即反差（chà）变小（I*max-I*min），调制度M*变小，所以蓝色的MTF值下（xià）降到50%。进一步提高黑白测试线条密度，如上图（tú）的接尾处200 lp/mm 代（dài）表黑白（bái）亮度的红线幅度变得非常小，趋于黑白的中间值，成（chéng）像的黑白线已经很不分明而成了中间的灰色，蓝色曲线的（de）MTF=3% ，到了这个镜头的分辨率极限。
人眼对反差 5%时尚（shàng）能察觉，对反差低于 2%时就不能察觉了。所以一般选定 MTF 值为3%时的 lp/mm 值作（zuò）为镜头的目视（shì）分辨率。在上图（tú）中有一条水平红虚线（xiàn） MTF=10% 和（hé）蓝线（xiàn）相交（jiāo）处的分辨（biàn）率大（dà）约是 120lp/mm 。
分（fèn）辨率在（zài）较低（如10 lp/mm）时的MTF 值反映了镜头的透光性、反差、对（duì）比度。好的镜（jìng）头能达到95%以上，如图三中MTF 图的红色曲线所代表的镜头和图四的实例。如果分辨率在10 lp/mm时MTF较小的（de），如图三中MTF图的绿色曲线所代表的（de）这（zhè）个镜头（tóu）10 lp/mm 处的MTF=84% ，它的透光（guāng）性、反差对比度就都会（huì）比较（jiào）差，实例看图五。
红色曲线代表的镜（jìng）头和绿（lǜ）色曲线代表的镜头虽然最后的分辨率差不多，但红色曲线代表的镜头的透光性、反差、对比（bǐ）度要（yào）比绿色曲线代表的镜头好很多。
图3 红线代表（biǎo）的镜头反差要比绿色的（de）好
图4 分辨率=10 lp/mm时MTF值大（dà）反映镜头的透（tòu）光性好镜头反差大对比度大。
图5 分辨率=10 lp/mm时MTF值小反映镜头的透光性较差，镜头反（fǎn）差（chà）小，对（duì）比度小在分（fèn）辨率较高，比如 30 lp/mm 时的（de） MTF 值反映了镜头的分辨率，好的镜（jìng）头要在70%以上（shàng），而普通镜头就在40%以下了。如图六中红线代表（biǎo）的镜头在30 lp/mm处MTF=80%，装在高清摄像机上（shàng）能看到1000 线（xiàn），见图七，而如图六中紫色线（xiàn）代表的镜头在30 lp/mm处（chù）MTF=48% ，装在高清摄像机上能只看到 500 线，参见图八。
图（tú）6 红（hóng）线代表的镜（jìng）头分辨率要比紫色的好。
图7 30 lp/mm时MTF值高镜头的分辨率就高，看测试卡能（néng）到1000线。
图8 30 lp/mm时MTF值低镜头的分辨率就低，看测试卡只能到500线（xiàn）。
常见的 MTF 图
上面（miàn）的MTF图（tú）是镜头中心（xīn）处的MTF值随分辨率lp/mm 变化的曲线图。但MTF还和（hé）很多因素（sù）有（yǒu）关。测试时镜（jìng）头的光圈（quān），测试点偏离中心的距离。另外测试黑白线（xiàn）条（tiáo）是（shì）平行（háng）于径线（弧矢方向），还是垂直径线即切线方向（子午方向meridional一般标M），MTF值都不一样。
图9 距离镜头中（zhōng）心不同点MTF 不一样，测（cè）试条纹平行或垂直于径线MTF也（yě）不一样。
镜头（tóu）公司（sī）往往会以一个固定光圈，用（yòng）10lp/mm分辨率（lǜ）的黑白线条，在偏离镜头中（zhōng）心不同距离（lí）处测试MTF值，来表（biǎo）示镜头中心外其他各点反差特性。当然也会用30 lp/mm在偏离（lí）镜头（tóu）中心不同（tóng）距离处测试（shì）MTF值，来表示镜头（tóu）中心外其他各点的分辨率特性（xìng）。这种（zhǒng）MTF图一般是（shì）F=8（光圈值为8）时测得（MTF一般在F=8最（zuì）好）。有两组（zǔ）曲（qǔ）线，一组是10lp/mm用粗线表示，另一组是30lp/mm用细线表示。每组曲线有两条，弧矢方向（测试黑白线条是平行于径线）测得的MTF曲线一般用实线表（biǎo）示，子午方向（测（cè）试黑白线条是垂直于径线）测得的MTF曲线一般（bān）用虚（xū）线表示，总共4条曲线。
图 10
图10 某（mǒu）镜头距中心不同（tóng）距离（mm）处的MTF图。由图中线条我们可以看出，代表反差（10 lp/mm）的蓝（lán）色粗线很高，接近于0.97，说明该镜头（tóu）在F8的最佳光圈处有着非常好的反差。代表分辨率（30 lp/mm）的蓝色细线也在0.86以上，说明此（cǐ）光圈下分（fèn）辨率也极优。蓝色曲（qǔ）线直到距离中心18毫米左右依然平直、仅在边缘略有下降，说明该（gāi）镜（jìng）头在整个成像范围内有着一（yī）致的特性，边角分（fèn）辨率略有一点下降。实线与虚线距离很近，反映出该镜头像散也很小。对于MTF图的判读可以归纳出以下几点：
1、10 lp/mm的低频曲线反映了（le）镜（jìng）头（tóu）的反差特性，这条曲线越高代表镜头（tóu）反差（chà）大。
2、30 lp/mm的高频曲线反映镜头分辨率特性，这条曲（qǔ）线越高代表镜头分辨率越高（gāo）。
3、弧矢曲线与子午曲（qǔ）线越接近两者距离（lí）越较（jiào）小，代（dài）表（biǎo）镜（jìng）头像（xiàng）散越小（xiǎo）。
4、MTF 曲（qǔ）线越平直越好，越平直越说明边缘与中间一（yī）致性好。
高清摄像机镜头选择
高（gāo）清摄像机的像素都（dōu）在百万以上，但是要充（chōng）分体现（xiàn）高清摄像机百万像素的性能还需（xū）要与之相匹（pǐ）配（pèi）的高清镜头。那么怎么选（xuǎn）择（zé）高清镜头呢。
我（wǒ）们知道了一个镜头有它的最高分辨率N lp/mm，那么（me）根据纳奎斯特采样（yàng）定理（lǐ），至少需要配以2N/mm个空间采样点。这个可以这样来（lái）理解，1mm内有N条黑白线对，那么就有N 条白线和N条黑线总共2N条线。以摄像机的一个感光元对应以一条白线或（huò）黑线，那么（me）摄像机在1mm内需要有2N个感光（guāng）元来对应N条白线和N条黑线，摄像机的感光元密度就是 2N/mm，参（cān）见图十一。
图 11
这时摄像机感光元件的分辨率和镜头的分辨率正好匹配，谁都没有浪费。同样（yàng）如果一个摄像机每毫米的像素密度是M点（pixel/mm）,那么应（yīng）该选择一（yī）个分辨率是M/2lp/mm的镜头。下面我（wǒ）们举一（yī）个例子：
有（yǒu）一个 200万像素摄像机，像素（sù）数为1600×1200=1920000，感光面尺寸是1/2 吋。我们知道1/2吋的感光面它（tā）水平尺寸是6.4mm、垂（chuí）直尺寸（cùn）是4.8mm，它的水平像素密度是 1600/6.4=250 pixel/mm，垂（chuí）直像素密度是1200/4.8=250 pixel/mm，感光像元尺寸是 4um×4um。水（shuǐ）平像素密度和垂直像素密度一样，像素是正方形的，如（rú）果像素不是正方形（xíng）的镜头分辨率应参考像素密度高的。在这里水平像素密度和垂直（zhí）像素密（mì）度都是 250pixel/mm ，所以镜头分辨率（lǜ）应（yīng）选 125 lp/mm。
如果一个 2 百万像素摄像机（jī）感光面尺寸是 1/3 吋， 1/3 吋的感光面它水平尺寸（cùn）是4.8mm，垂直尺寸是 3.6mm，它的水平像素密度是 1600/4.8=333.3 pixel/mm ，垂直像素（sù）密度（dù）是 1200/3.6=333.3 pixel/mm ，所以镜头分辨率应选 167 lp/mm。
通过上面例子我们还看到，一个标为 1/2 吋的 2 00万像素镜头不适合于 1/3 吋的 200万像素感光面， 这一点要有所区别和重视。 1/2 吋的 2 00万像素镜头分辨率（lǜ）是 125 lp/mm ，去用于 1/3 吋的 4.8mm× 3.6mm 感光像面，在水平方向有（yǒu） 125×4.8=600 线对，对应了1200 像元，在垂直方向有 125× 3.6=450 线对，对应了 900 像元（yuán）。 1200× 900=1080000差不多是（shì）110万像（xiàng）素（sù）。所有把一个标为 1/2 吋（duò）的 2 百万像素镜头用（yòng）于 1/3 吋的感光面时只能适合一百万像素的感光面，或者说只能当 1 00万像素镜头（tóu）用（yòng）。所以（yǐ）光讲百万像素镜头， 不讲适用感光元件的尺寸可（kě）能信息（xī）并不完全（quán）， 因此对镜头分辨率的描（miáo）述还是 lp/mm比较准确。
有时摄（shè）像机的指标会给出感光像元（yuán）的尺寸L（mm），那么所对（duì）应镜头分辨率的黑白线宽（kuān）应该都（dōu）是L（mm），所以黑白两（liǎng）条线对应的一条线对（duì）的宽度（dù）是 2L (mm) ，那么（me）其倒数 1/(2L)（ lp/mm）就是镜头的（de）分辨率。比如一个摄像机标出感光元的尺寸是4um,那么所选镜头的极限分辨率线宽（白线或黑线）也应该是4um ,一对黑线白（bái）线的宽度2×0.004mm，镜头的分辨率就是1/（ 2× 0.004）=125 lp/mm 。
拓展阅（yuè）读：
2016年英迈（mài）吉引进了日本京立最新研发的MTF测试仪。与其他品牌的MTF测试仪相比，京立MTF测试仪价格便宜（yí）很多（duō），可（kě）测试视场角达165°，操作简单，且可根据（jù）用户不同要求专门定制（zhì）。
京立MTF工作流程非常简单。在待测镜头的成像位置设置由光纤照（zhào）明的高精度（dù）测试标板，光线（xiàn）依次经过待测镜头，准直镜头，到达数（shù）码摄像头。由专用软（ruǎn）件实时图（tú）像处理（lǐ），同时获得S/T方向的MTF测试结果。由XYZ 3轴联动，实现微米级（jí）自动定位。为顾客定制的（de）托（tuō）盘一次可放多个镜头，提高了整机使用效率和平均检测速度。
应用范围:
* 手机、照相机（jī）镜头检测，(占手机镜头MTF检测仪器市场的60-70%)
* 常规数码相机物镜（定焦、变焦透镜、影映机镜头等）
* 汽车用传感器MTF检测
* 光（guāng）通（tōng）讯(WAP)微型镜头
* CD和DVD光学读取（qǔ）头
特点:
·可选择的9个或者5个CCD检测器配置
·同时测量在轴/离轴MTF,子午和弧矢面（miàn）MTF，EFL, FFL、像平面倾斜
·测量时间: 4-5秒/个
·像（xiàng）场角度（dù）可调
·全自动X-Y双轴移动托盘
·简化的合格/不合格信（xìn）号以及全（quán）面的MTF评价
软件显示界面
技术规格:
·透（tòu）镜类型：无限共轭光学（xué）系统
·可同时对1个轴上和4个/8个轴外位置进行测量
·离轴角度在10°- 32°内连续可调
·焦距测量范围：1-6 mm
· F数：2-3
·波（bō）长范围：可见光，白（bái）光（guāng），视觉（jiào）函数光谱曲线
·测量精度：在轴 /-2% MTF；离轴 /-3% MTF
·重复性：0.5% MTF
·空间频率：0-170 lp/mm（狭缝宽度3μm），0-250 lp/mm（狭缝宽度2μm）
·可以通过软件自动设置合格与不合格规格（gé）范围
·批量检测用样品托盘（可以一次承载36个被测样品）
·样品托盘装卸时间大约为0.5-1秒
· 36个样品的全部数据读（dú）取时间大约为15秒