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安防视频监控里光学成像系统的分辨力与分辨率

 
分辨力与分辨率是目前安防界最易混淆的概念错误,其基本原因是我国安防专业未开设光电信息技术基础课而不懂其基本定义所致。凡学过光学与光电信息技术的都知道,分辨力与分辨率是成像系统的一个重要性能指标,虽然它们都是用人眼来衡量成像系统的优劣,但它们不是同一含义,千万不能混为一谈。为澄清有些著作或文章对这两个概念的误解,本书将会有详细地论述。下面先论述一下光学成像系统的分辨力与分辨率。

一、理想光学系统的衍射分辨力

按照几何光学成像的定义,由同一物点发出的光线,通过光学系统后应全部相交于一点。然而在实际成像中,通常得到的是一个具有一定面积的光斑。因为光通过光学系统中限制光束口径的孔径光阑的衍射,会生成衍射像。根据物理光学中圆孔衍射原理可知,衍射光斑的中心亮斑集中了全部能量的80%以上,其中第一亮环的最大强度不到中心亮斑最大强度的2%。衍射光斑中各环能量分布,如图1中曲线所示。

图1 衍射光斑中各环能量的分布
中心亮斑的直径瑚表示为
 安防视频监控里光学成像系统的分辨力与分辨率(图2)
式中,λ为光的波长;n为像空间介质折射率;U’max为像方孔径角。由于衍射像有一定的大小,我们把两个衍射像间所能分辨的最小间隔,称为理想光学系统的分辨力。根据实验证明,两个像点间能够分辨的最短距离约等于中央亮斑的半径R,如图2所示。
 安防视频监控里光学成像系统的分辨力与分辨率(图3)
图2 两个像点间能够分辨的最短距离
由式(1)可得到
 安防视频监控里光学成像系统的分辨力与分辨率(图4)
式(2)为理想光学系统的衍射分辨力公式(有的安防著作把它称为分辨率是不对的,由下面的论证可知,它的倒数才是分辨率)。

二、摄像物镜分辨率

摄像物镜的作用是将外界物体成像在CCD或CMOS成像器件的感光面上,其分辨率一般以像平面上每毫米内能分辨开的线条数N表示。
一般,摄像物镜近似为对无限远物体成像,这样则有
 安防视频监控里光学成像系统的分辨力与分辨率(图5)
将上式代入式(2),可得
 安防视频监控里光学成像系统的分辨力与分辨率(图6)
当n’=1时,由于F=f'/D,则R=1.22λF。
根据式(4),则可得每毫米能够分辨的线条数N(即光学系统的分辨率)为
 安防视频监控里光学成像系统的分辨力与分辨率(图7)
因此,式(5)便是摄像物镜的分辨率公式。由式(5)可看出,分辨率与分辨力是一种互为倒数的关系,它们完全不是同一含义,根本不能混为一谈。