Die Auflösung von Linsen und Bildern.
Was ist die Definition von Auflösung? Und warum ist sie wichtig?
Die Auflösung bestimmt die Schärfe eines Bildes und kann auf erweiterte Kamerafunktionen hinweisen.
Es gibt vier Arten von Beschlüssen:
- Pixelanzahl Auflösung
- Systemauflösung
- Auflösung des Objektivs
- Winkelauflösung
Alle Arten der Auflösung hängen miteinander zusammen und beeinflussen gemeinsam die Bildverarbeitung.
Warum kann die Auflösung so verwirrend sein?
Sie sind nicht allein! Selbst Experten verwenden den Begriff „Auflösung“ synonym, obwohl er sich eigentlich auf vier verschiedene technische Kennzahlen bezieht. Auf dieses Missverständnis zwischen Optikingenieuren, Bildqualitätsingenieuren, Sensoringenieuren und Ingenieuren für Computer Vision sind wir 2018 im Rahmen eines Gesprächs innerhalb der IEEE-Arbeitsgruppe P2020 gestoßen.
Die Auflösung eines Sensors hängt zudem eng mit dem Format des CMOS-Sensors zusammen (z. B. 1/3", 1/2" usw.), worauf wir in einem separaten Artikel näher eingehen.
Megapixel als Auflösung
Pixelanzahl Auflösung
Die Angabe der Pixelauflösung wurde von der Mobilfunkbranche populär gemacht, ist jedoch bei Kameras mit 50 MP und mehr häufig irreführend, da das endgültige Ausgabebild bzw. das angezeigte Bild selten eine Auflösung von 50 MP und mehr aufweist.
Definition:- Die Gesamtzahl der lichtempfindlichen Photodioden-Wells in einem Sensor.
- Die Gesamtzahl der Leuchtelemente für Displays und Projektoren.
- Die Gesamtzahl der Pixel in einem digitalen Bild.
Die Kamera verfügt über 64 Megapixel und liefert ein Bild mit einer Auflösung von 12 bis 16 Megapixeln.
Die Kamera hat 64 MP.
SFR als Lösung
Was ist die Systemauflösung und warum ist sie wichtig?
The system resolution can characterize the quality of any digital image. It is frequently used in digital camera production lines to ensure the lens, lens-to-sensor alignment, and image processing pipeline meet a minimum quality threshold. It can also be used to benchmark different cameras and image processing/compression methods. This metric includes inputs from the Lens, the Lens-to-sensor alignment, the Sensor, the ADC, and the Analog+Digital Image Processing Pipeline.
Definition:- The Spatial Frequency Response (SFR) measures contrast as a function of spatial frequency, derived from the edge-spread function of a slanted edge (ISO 12233).
Befolgen Sie die Norm ISO 12233 oder informieren Sie sich auf der Website von Imatest.
How to Express System Resolution:Geben Sie die Zeilenbreiten pro Bildhöhe, die Feldposition und die Beleuchtung an.
Der SFR beträgt 2000 LW/PH bei einem Sichtfeldwinkel von 25° unter einer Beleuchtungsstärke von 1000 Lux und einer Farbtemperatur von 5000 K.
Die MTF des Bildes beträgt 2000 LW/PH.
Welche Auswirkungen hat SFR auf die Bildverarbeitung?
Aus: Vasiljevic et al. „Untersuchung der Auswirkungen von Unschärfe auf die Erkennung durch Faltungsnetzwerke“
MTF als Auflösung
Der Begriff „optische Auflösung“ wird von Ingenieuren für Bildgebungsoptik verwendet und fließt in die Systemauflösung ein.
Die optische Auflösung charakterisiert die „Schärfe“ eines optischen Systems. Die MTF gilt sowohl für fokale als auch für afokale optische Systeme, darunter Mikroskope, Objektive, Ferngläser und Projektionsoptiken.
Definition:- The Modulation Transfer Function (MTF): the contrast a lens preserves at a stated spatial frequency and field position.
- Two-point criteria such as the Rayleigh criterion answer a different question, the closest separation at which two point sources stay distinguishable, and they do not convert into an MTF percentage.
Geben Sie die MTF als Prozentsatz, die Frequenz, den Bildwinkel und die Wellenlänge an.
Die photopische MTF des Objektivs beträgt 20 % bei 200 LP/mm und einem Bildwinkel von 50°.
Der MTF-Wert des Objektivs beträgt 20 %.
Momentanes Sichtfeld als Auflösung
Der Begriff „Winkelauflösung“ wird in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Verteidigungsindustrie und von Ingenieuren im Bereich Computer Vision verwendet.
The Instantaneous Field of View (IFOV) is the angle one pixel covers in object space, so it is quoted per pixel. Pixels per degree is its reciprocal, a sampling density, and on a lens with distortion both figures change with field angle. Neither one is the resolving power of the optics, which is an MTF or Rayleigh question. Pixels per unit distance across an object is a related spatial-sampling figure that only follows once the object range and geometry are fixed.
Definition:- IFOV: the angle in object space subtended by one pixel, in degrees, arcminutes, or milliradians per pixel.
- Pixels per degree: the reciprocal of the IFOV expressed in degrees. It is a sampling density, not an angle.
Nutzen Sie unseren fortschrittlichen Sichtfeldrechner, der auch die Winkelauflösung für Verzerrungsprofile berücksichtigt.
Wie man die Winkelauflösung angibt:State which quantity you mean, degrees per pixel or pixels per degree, and give the field angle where it was measured.
The IFOV is 0.083° per pixel at 25° field angle, a sampling density of 12 pixels per degree.
The IFOV is 12 pixels per degree.
Welchen Einfluss hat die Winkelauflösung auf die Bildverarbeitung?
Angular resolution limits the smallest object a network can reliably detect, not the largest. The impact on performance is direct. Dollar et. Al shows the direct result on average miss rate of pedestrian detectors. With less than 50 pixels, even state of the art detectors can have a 50% miss rate on detection. This increases rapidly as scale decreases.
Aus: Dollár et al., „Fußgängererkennung: Eine Bewertung des aktuellen Stands der Technik“
Megapixel und MTF als Auflösungswert
Der Begriff „Effective Resolution“ wird von den Marketingteams der Objektivhersteller verwendet
The effective resolution is a quick method to filter down a lens selection when you are creating a new camera. The optical resolution (MTF) of lenses can be challenging to understand without extensive experience in camera hardware. Many experienced camera engineers do not even know the tricks which manufacturers can play with MTF charts/testing, so effective resolution can be a shortcut directly to system-level resolution.
Definition:- Die Auflösung in Sensorpixeln, für die die optische Auflösung eines Objektivs geeignet sein soll.
Geben Sie sowohl die Pixelanzahl als auch die Größe des Bildsensorformats an.
Das Objektiv ist für einen 12-MP-Sensor mit einer Größe von 1/2,3" geeignet.
The lens is rated for 12MP so its optical resolution is suitable for any 12MP sensor.
Diese irreführende Kennzahl wird von Objektivherstellern auch weiterhin genutzt und missbraucht werden. Wenn Sie ein Objektivkäufer sind: Sie sind nun gewarnt.
Quellenangaben und weiterführende Links
- Dollár u. a. „Fußgängererkennung: Eine Bewertung des aktuellen Stands der Technik“
- Vasiljevic et al. „Untersuchung des Einflusses von Unschärfe auf die Erkennung durch Faltungsnetzwerke“
Wie gehen wir bei Commonlands also mit dem Begriff „Auflösung“ um, wenn wir über unsere Objektive sprechen?
Als Objektivlieferant stellen wir einen objektiven Wert für die effektive Auflösung bereit, der auf empirischen Messungen der Systemauflösung basiert.
Entscheidend für die Leistung ist die endgültige Bildqualität.
- Wir führen ISO 12233:2014-Messungen über den gesamten Fokusbereich hinweg mit einer Reihe von Sensoren durch, die unterschiedliche Pixelabstände aufweisen.
- Anschließend ermitteln wir den maximalen Bildkreis.
- Nachdem wir die maximale Sensorgröße und das Seitenverhältnis festgelegt haben, berechnen wir die Gesamtanzahl der Pixel.
- Wir leiten den Pixelabstand aus der effektiven Auflösung des Objektivs im Allgemeinen ab.
- Anschließend berechnen wir die Anzahl der Pixel, die auf einen Sensor mit einem Seitenverhältnis von 4:3 des jeweiligen Formats passen würden.
M12-Objektive mit hoher effektiver Auflösung
Vier M12-Objektive aus dem Commonlands-Katalog. Die effektive Auflösung jedes einzelnen Objektivs wurde anhand des oben beschriebenen ISO 12233:2014-Verfahrens zur Fokussierung über den gesamten Fokusbereich ermittelt.
Möchten Sie herausfinden, welche Anforderungen Ihre Kamera erfüllen muss?
Nutzen Sie unseren kostenlosen, webbasierten AoV-Rechner, um die Anforderungen an das Sichtfeld Ihres Systems zu ermitteln. Verwenden Sie anschließend den M12-Objektivrechner, um Ihre Anforderungen mit den verfügbaren Objektiven abzugleichen. Unser Schärfentieferechner liefert zudem die Hyperfokaldistanz und die Schärfentiefe für jede Sensor-Objektiv-Kombination.
Außerdem bieten wir noch einige weitere Rechner an, die für viele Ingenieure interessant sind.
Hier sind einige M12-Objektive. Durchsuchen Sie alle über 50 Modelle mit unserem M12-Objektivrechner.
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191°@6,4 mm-Fisheye-Objektiv
CIL281-F1,8-M12A650
Details anzeigen -
190°@6,8 mm Fisheye-Objektiv M12
CIL282-F1.8-M12B660
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Low Distortion 3.25mm M12 Lens
CIL034-F2.3-M12A660
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4-mm-Weitwinkelobjektiv mit M12-Anschluss
CIL339-F1.6-M12B640
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6-mm-M12-Objektiv mit geringer Verzerrung
CIL059-F1.7-M12B650
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