Die Auflösung von Objektiven und Bildern.
Was ist die Definition von Auflösung? Und warum ist sie von Bedeutung?
Die Auflösung definiert die Schärfe eines Bildes und kann erweiterte Kamerafunktionen anzeigen.
Es gibt vier Arten der Auflösung:
1.) Pixelanzahl-Auflösung
2.) Systemauflösung
3.) Objektivauflösung
4.) Winkelauflösung
Alle Auflösungsarten sind miteinander verbunden und wirken sich gemeinsam auf die Computer Vision aus.
Warum kann die Auflösung so verwirrend sein?
Sie sind nicht allein! Selbst Experten verwenden den Begriff "Auflösung" austauschbar, obwohl er sich eigentlich auf vier verschiedene technische Metriken bezieht. Wir sind auf dieses Missverständnis zwischen Optikern, Bildqualitätsingenieuren, Sensorikern und Computervision-Ingenieuren während eines Gesprächs in der IEEE P2020-Arbeitsgruppe im Jahr 2018 gestoßen.
Die Auflösung eines Sensors steht auch in engem Zusammenhang mit dem CMOS-Sensortyp (z. B. 1/3", 1/2", etc.), den wir in einem separaten Artikel behandeln.
Megapixel als Auflösung
Pixelanzahl Auflösung
Die Auflösung der Pixelzahl wurde von der Mobiltelefonindustrie populär gemacht, ist aber bei Kameras mit 50 MP und mehr häufig irreführend, da das endgültige Bild selten eine Auflösung von 50 MP und mehr aufweist.
Definition:
- Die Gesamtzahl der lichtempfindlichen Fotodiodenvertiefungen in einem Sensor.
- Die Gesamtzahl der lichtemittierenden Elemente für Displays und Projektoren.
- Die Gesamtzahl der Pixel in einem digitalen Bild.
Genaue Verwendung:
Die Kamera hat 64 Megapixel und erzeugt ein Bild mit 12 bis 16 Megapixeln.
Ungenaue Verwendung:
Die Kamera ist 64MP.
SFR als Auflösung
Was ist Systemauflösung und warum ist sie wichtig?
Die Systemauflösung kann die Qualität jedes digitalen Bildes charakterisieren. Sie wird häufig in Produktionslinien für Digitalkameras verwendet, um sicherzustellen, dass das Objektiv, die Ausrichtung zwischen Objektiv und Sensor und die Bildverarbeitungspipeline einen Mindestqualitätsschwellenwert erfüllen. Sie kann auch zum Benchmarking verschiedener Kameras und Bildverarbeitungs-/Komprimierungsmethoden verwendet werden. Diese Metrik umfasst die Eingaben des Objektivs, der Objektiv-Sensor-Ausrichtung, des Sensors, des ADC und der analogen+digitalen Bildverarbeitungspipeline.
Definition:
- Der räumliche Frequenzgang (Spatial Frequency Response, SFR) misst die Veränderung des Kontrasts über einen Gradienten im Bild.
So berechnen Sie die Systemauflösung:
Folgen Sie ISO12233 oder lesen Sie die Website von Imatest.
Wie man Systenauflösung ausdrückt:
Geben Sie die Linienbreiten pro Bildhöhe, die Feldposition und die Beleuchtung an.
Genaue Verwendung:
Die SFR beträgt 2000 LW/PH bei einem Feldwinkel von 25° unter einer 1000lux 5000K-Beleuchtung.
Ungenaue Verwendung:
Die MTF des Bildes beträgt 2000 LW/PH.
Welche Auswirkungen hat SFR auf die Computer Vision?
Von: Vasiljevic, et. Al. "Untersuchung der Auswirkungen von Unschärfe auf die Erkennung durch Faltungsnetzwerke"
MTF als Auflösung
"Optische Auflösung" wird von Ingenieuren der Bildoptik verwendet und ist ein Input für die Systemauflösung.
Die optische Auflösung charakterisiert die "Schärfe" eines optischen Systems. Die MTF gilt sowohl für fokale als auch für afokale optische Systeme, einschließlich Mikroskopen, Abbildungsobjektiven, Ferngläsern und Projektionsoptiken.
Definition:
- Die Fähigkeit eines optischen Systems, zwei Punkte aufzulösen.
Wie man optische Auflösung ausdrückt:
Geben Sie die MTF in Prozent, die Frequenz, den Feldwinkel und die Wellenlänge an.
Genaue Verwendung:
Die photopische MTF des Objektivs beträgt 20%@200LP/mm bei einem Bildwinkel von 50°.
Ungenaue Verwendung:
Die MTF des Objektivs beträgt 20 %.
Momentanes FoV als Auflösung
Die "Winkelauflösung" wird von der Luft- und Raumfahrt-/Verteidigungsindustrie und von Computervision-Ingenieuren verwendet.
Die Winkelauflösung eines Systems bestimmt die Anzahl der Pixel pro Grad des Sichtfeldes. Oder die Anzahl der Pixel pro Entfernungseinheit über ein Objekt.
Definition:
- Die Anzahl der Grad (oder Minuten) im Objektraum, die ein Pixel im Bild einnimmt.
So berechnen Sie die Winkelauflösung:
Verwenden Sie unseren erweiterten Sichtfeldrechner, der die Winkelauflösung für Verzeichnungsprofile berücksichtigt.
Wie man Angular Resolution ausdrückt:
Geben Sie sowohl die Winkelauflösung als auch den Feldwinkel an.
Genaue Verwendung:
Das Abbildungssystem hat eine Winkelauflösung von 12 Pixel pro Grad bei einem Bildwinkel von 25°.
Ungenaue Verwendung:
Das Abbildungssystem hat eine Winkelauflösung von 12 Pixeln pro Grad.
Welchen Einfluss hat die Winkelauflösung auf die Computer Vision?
Die Winkelauflösung definiert den größten Objektmaßstab, der in ein Netz eingegeben werden kann. Die Auswirkungen auf die Leistung sind direkt. Dollar et al. zeigen das direkte Ergebnis der durchschnittlichen Fehlerquote von Fußgängerdetektoren. Bei weniger als 50 Pixeln können selbst moderne Detektoren eine Fehlerkennungsrate von 50 % aufweisen. Dies nimmt mit abnehmendem Maßstab rasch zu.
Aus: Dollár, et. al. "Pedestrian Detection: An Evaluation of the State of the Art"
Kombinierte Megapixel und MTF als Auflösung
"Effektive Auflösung" wird von den Marketingteams der Objektivlieferanten verwendet
Die effektive Auflösung ist eine schnelle Methode, um eine Objektivauswahl zu filtern, wenn Sie eine neue Kamera erstellen. Die optische Auflösung (MTF) von Objektiven kann ohne umfassende Erfahrung mit Kamerahardware schwer zu verstehen sein. Viele erfahrene Kameratechniker kennen nicht einmal die Tricks, die die Hersteller mit MTF-Diagrammen/Tests anwenden können, so dass die effektive Auflösung eine Abkürzung direkt zur Auflösung auf Systemebene sein kann.
Definition:
- Die Auflösung der Sensorpixelzahl, für die die optische Auflösung eines Objektivs geeignet sein soll.
Wie man eine wirksame Entschließung formuliert:
Geben Sie sowohl die Pixelanzahl als auch die Größe des Bildsensorformats an.
Genaue Verwendung:
Das Objektiv ist für einen 12MP 1/2.3" Sensor geeignet.
Ungenaue Verwendung:
Das Objektiv ist für 12 MP ausgelegt, so dass seine optische Auflösung für jeden 12-MP-Sensor geeignet ist.
Diese irreführende Metrik wird von den Objektivherstellern für immer verwendet und missbraucht werden. Wenn Sie ein Objektivkäufer sind: Sie sind jetzt gewarnt.
Referenzen und weiterführende Links:
1.) Dollár, et. al. "Pedestrian Detection: An Evaluation of the State of the Art"
2.) Vasiljevic, et. Al. "Untersuchung des Einflusses von Unschärfe auf die Erkennung durch Faltungsnetzwerke"
Wie verwenden wir bei Commonlands also die Auflösung, wenn wir über unsere Objektive sprechen?
Als Objektivlieferant bieten wir eine objektive Bewertung der effektiven Auflösung auf der Grundlage empirischer Messungen der Systemauflösung.
Ausschlaggebend für die Leistung ist die endgültige Bildqualität.
Für Metriken zur effektiven Auflösung allgemeiner Objektive:
Wir führen Messungen im Durchlichtverfahren nach ISO12233:2014 mit einer Reihe von Sensoren durch, die unterschiedliche Pixelabstände aufweisen.
Anschließend ermitteln wir den maximalen Bildkreis.
Nach Anwendung der maximalen Sensorgröße und des Seitenverhältnisses berechnen wir die Gesamtzahl der Pixel.
Für die Metriken zur effektiven Auflösung der einzelnen Sensorformate:
Wir nehmen den gleichen Pixelabstand wie bei der effektiven Auflösung des allgemeinen Objektivs.
Dann berechnen wir die Anzahl der Pixel, die auf einen Sensor des jeweiligen Formats mit einem Seitenverhältnis von 4:3 passen würden.
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Versuchen Sie, Ihre Kameraanforderungen zu bestimmen?
Benutzen Sie unseren kostenlosen webbasierten AoV-Rechner, um die Anforderungen an das Sichtfeld Ihres Systems zu bestimmen. Verwenden Sie dann den M12-Objektiv-Rechner, um Ihre Anforderungen mit den verfügbaren Objektiven abzugleichen. Unser Schärfentiefe-Rechner liefert auch den hyperfokalen Abstand und die Schärfentiefe für jede Sensor- und Objektivkombination.
Wir haben auch eine Reihe anderer Rechner, die für viele Ingenieure interessant sind.
