数码镜头设计原理

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1、数码镜头设计原理第一节分辩率问题_数码镜头鉴别率与面阵CCD象素的匹配尽管这个问题资料介召较多，但绝大多数是范范而谈，没有接触实质，如雾里看花一般不能令人信服。可是它却是数码光学产品的重要环结，不能等闲视之。为澄清疑惑，特从基本概念上加以介召，希望对大家有所帮助。1数码镜头鉴别率概念数码相机鉴别率定义为在象面处镜头在单位毫米上可鉴别的黑白线对数，如下图所示：图1鉴别率与线宽的计算上算式有两个用途：1根据镜头对分辩率的设计要求，计算出检校仪分划板的要求由公式（1）可根据镜头的鉴别率要求，解出线宽d来。例如：图1中的鉴别率是15线对/毫米，那么线宽=1

2、/（2*15）=0.03333（毫米/每个线宽）。则分画板最小线宽应安此刻划。2在仿型设计中，根据检校仪上可分辩的线条宽度，提出设计镜头的分辩率要求只需将（1）式变换成鉴别率用分划最小间隔表示的函数式进行计算，即可得到镜头设计时鉴别率应达到值。注意：上两条都是对所涉计到的镜头，在其象方成象面上对分辩率的计算。如果所知数据不在成象面上，一定要转换计算到象面后，才能用（1）式处理。2CCD分辩率CCD的分辩率是用象素总数表示的。设在水平方向上CCD感光有效长度是M毫米，在垂直方向上CCD感光有效长度是N毫米。如果象素（最小感光单元称之为象素）的尺寸是m

3、2*n2，那么在水平方向上的象素总数=M/m2，在垂直方向上的象素总数=N/n2,最后可用下式算出CCD的整个感光面上的象素总数：3数码镜头分辩率与CCD分辩率的匹配在水平方向上数码镜头对线状分辩率图案的成象，其每个线宽恰好站用一个象素，我们就称在水平方向上选用的CCD与数码镜头在分辩率上是相配的;在垂直方向上也可同样理解之。这样定义保正了CCD在最少象素总数下，恰好能分辩清象的细节。可见这种定义是合理的。看图2，就可理解相配的含义，也可用以数码镜头对CCD象素总数要求的计算。图2CCD象素总数计算（最小方格为一最小感光单元：8象素）由图2和（2）

4、式可计算出图中CCD的象素总数：设CCD的M=1mm，N=1mm。镜头象方分辩力=15线对/毫米，现计算其象素总数如下：由（1）式有：d=1/(2*镜头象方分辩力)=1/30=0.03333(毫米/每黑白线对)可见与该镜头相配的CCD最小感光单元象素尺寸m2*n2=0.03333*0.03333毫米由（2）式有：CCD象素总数=1/(0.03333)*1/(0.03333)=900象素如果镜头鉴别率是150线对/毫米，CCD感光面M=4.8mm，N=3.6mm。由（1）式有：d=1/(2*镜头象方分辩力)=1/300=0.003333(毫米/每黑白

5、线对)由（2）式有：CCD象素总数=4.8/(0.003333)*3.6/(0.003333)=1920000象素。这就是说分辩率是150线对/毫米的镜头，可配1/3英寸200万象素的CCD。由上面的计算可知，为使摄象头与CCD相配，需知道CCD的感光面尺寸，由“CCD应用技术”一书的168页表8-3有各种规格的CCD感光面尺寸如下表1表1CCD感光面尺寸1英寸2/3英寸1/2英寸1/3英寸1/4英寸12.8*9.68.8*6.66.4*4.84.8*3.63.6*2.7由表1就可查出各种规格的CCD感光面尺寸：M和N值。4CCD最小象素单元尺寸在

6、上面我们计算了150线对/毫米鉴别率的镜头，它可匹配200万象素的CCD。实际上由于最小感光单元受工艺水平的限制，一般情况下（指有较大规模经济情况下）是很难制出0.003尺寸的CCD来，因此应根据工艺允许的CCD最小感光单元尺寸计算相配的镜头分辩率。现在市场上1/3英寸的CCD最多也只达到150万象素。为了给工艺加工和装配上留有余地，150万象素的CCD配200万象素的镜头还是合适的。我们测绘了南函的一个镜头，中心鉴别率是600线对/毫米，0.7视场的是150线对/毫米。那么这个镜头与CCD相配其鉴别率应算多少呢？这个问题可以这样考率：0.7视场以

7、内是主要成象区，应以在此区间内镜头能达到的最低鉴别率为准来评价该镜头的鉴别率。注意：由于CCD分辩率的限制，光电系统对视场中心也只能达到150万象素的水平，反算镜头在视场中心的有效鉴别率也只能达到120线对/毫米（估算）。这就是说，中心视场镜头鉴别率没有必要太高，太高了CCD也分辩不清。一般中心视场是0.7视场的1.5倍就可以了。这与胶片为接收器的情况是不同的（胶片的分辩率比镜头的分辩率高很多，不能过多牺牲中心视场的鉴别率以获得提高0.7视常场的校正潜力）。由上面知道CCD的感光单元的最小尺寸受到工艺的限制，1/3英寸的CCD其真实鉴别率（在最小象

8、元间用软件插值的方法获得的高象素水平，并不能提高整个光电系统分辩物体细节的能力。这个道理与数码变焦不能提高系统分辩本领的道