数码相机对焦标准的建立方法

一、基本定义：

1、照相机的分辨率：照相机分辨影像细节的能力的度量单位。

A、线对/mm —（IP/mm）：主要用于传统相机，表示每mm长度可以分辨多少的黑白线条，数值越大表明每毫米长度内能分辨的线对数越多。

B、线数每像高或每像高线数LW/PH （Line widths per picture height）：

主要用于数码相机，表示分辨率测试板上标定线条宽度相对于测试图有效区域的高度的度量单位；它等于测试图的有效高度除以黑色标定线的宽度，亦等于该黑色标定线在测试目标的高度范围内或在照相机视场垂直方向内所包含的线数。

    示例：若测试图有效高度为200mm，那么1000LW/PH的黑线宽度为200 /1000 mm。

C、两种单位的转换： 

线对/mm =（LW/PH）/（2*图高）       ——图高指的是sensor的影像高度。

2、空间频率（spatial frequency）：

    单位距离（1毫米）内所包含的空间周期，叫做空间频率。空间频率也可以看做是每毫米内包含的黑线条数或白线条数。为不致含混，相邻的一根黑线条和一根白线条叫做一个线对，所以空间频率的单位用“线对/毫米”。标准测试图（对焦板）上的读数也就是我们所说的空间频率。

3、标准测试图读数（空间频率）与分辨率的换算：

A、 当ISO标准测试图的有效高度刚好充满影像画幅的高度时，测试图上标明的数字要乘以100才是最终分辨率，如读数是10，即表示数码相机的分辨率是1000LW/PH，即表明在该数码相机的视场范围内，可以清晰分辨1000根均匀排列的线条。

B、 当ISO分辨率测试图的有效高度不能充满影像画幅的高度时，测试图的读数必须进行换算，换算公式为：读数*（画面全体的垂直像素数/相当于画面中测试板有效高度的像素数）。

  示例：若标板仅占1/4的相机垂直像高，在标板上贴上1000LW/PH的图案就对应于使用这个标板图样

为4000LW/PH。

4、数码相机的sensor尺寸： 

　　数码相机规格表中的CCD/CMOS一栏经常写着“1/2.5、1/1.8英寸CCD/CMOS等。这里的“1/2.5英寸”就是CCD/CMOS的尺寸，实际上就是CCD/CMOS对角线的长度。 不过，这里的1英寸并不等于25.4mm，而是1英吋 CCD/CMOS Size = 长12.8mm× 宽9.6mm = 对角线为16mm之对应面积。也就是说1英寸相当于16mm。那么，1/2.5英寸的CCD/CMOS对角线长度为1/2.5*16mm=6.4mm。依画幅比例为4：3计算，其长、宽分别为：4.84mm，4.19mm。一般英寸标识的是对角线尺寸。

5、像素尺寸：CCD/CMOS感光单元的物理尺寸。如V05-2的sensor（MT5100）像素尺寸为2.2*2.2μm。

6、影像横纵比例：影像的宽度与高度之比。如：V05-2的sensor（MT5100）影像宽度为：5.70mm，影像高度为： 4.28mm，则影像横纵比为：5.70mm/4.28mm = 1.33

7、有效像素数：指CCD/CMOS能感光的物理单元的总数。如：V05-2的sensor（MT5100）有效像素数为：2592H*1944V。也可以用影像的宽度和高度尺寸分别除以像素尺寸，计算出有效像素数。

8、数码相机分辨率计算（理论值）：

A、JB/T 10362-2002标准视觉分辨率N0计算公式（旧的）：

N0 = （1/2）*（有效像素数/影像面积）1/2 =（1*1000）/（2*像素尺寸）    -（单位：线对/mm）

例：V05-2机型视觉分辨率N0 = （1/2）（2592*1944/5.70*4.28）1/2 = 1000/（2*2.2）= 227线对/mm

B、JB/T 10362-2010标准视觉分辨率Rt计算公式（新的）：

Rt =（有效像素数/影像横纵比例）1/2            -（单位：LW/PH）

        例：V05-2机型视觉分辨率Rt =（2592*1944/1.33）1/2 = 1945（LW/PH）

二、数码相机对焦标准的建立流程：

数码相机在生产对焦时，为确保数码相机sensor的像素得到充分的体现，保证图象的清晰度。在生产之初必须建立起数码相机的对焦标准。

因数码相机的分辨率跟像素尺寸、sensor尺寸、焦距（对焦）范围均有关系，因此：

A、所有产品规格书必须备注：像素尺寸，sensor尺寸。

B、因可拍摄的有效高度跟拍摄距离有关，因此必须确定对焦距离或景深要求。

下面就以V05-2相机为例，确定V05-2的对焦标准：V05-2的Sensor规格（MT5100）：3米对焦；

像素尺寸：2.2*2.2μm；影像尺寸：5.70*4.28mm；有效像素数：2592H*1944V。

1、视觉分辨率Rt的计算：

Rt =（有效像素数/影像横纵比例）1/2 = （2592*1944/1.33）1/2 = 1945（LW/PH）

根据以上计算，V05-2相机的理论视觉分辨率应为：1945LW/PH。依据JB/T 10362-2010行业标准规定：中心视场视觉分辨率Rc应大于0.55Rt，边缘视场视觉分辨率Rb应大于0.40Rt。可计算出：

中心视场视觉分辨率Rc＞（1945*0.55）= 1070（LW/PH）

边缘视场视觉分辨率Rb＞ （1945*0.40）= 778（LW/PH）

分别取Rc=1100 LW/PH，Rb=800 LW/PH。即V05-2的对焦标准为1100LW/PH（中心）、800LW/PH（边缘）。按空间频率与分辨率的换算可确定：V05-2的对焦板（测试图）标准读数为中心11线对/mm，边缘8线对/mm。

2、对焦板各空间频率线条宽度的确定；

传统相机空间频率的线宽 =（放大倍数49/2）/ 空间频率值。

数码相机空间频率的线宽 = 测试图的有效高度 /（空间频率值*100）。

A、 确定对焦距离：根据公司及客户的要求，如将公司的V05-2机型对焦确定为3米，镜头f = 7.45mm，则该条件下影像的有效高度经过实际拍摄测量为1843mm。

B、 计算空间频率的线宽：因步骤1已经计算出V05-2的对焦标准，如对焦标板为V05-2专用，只需按照标准的要求给一定的赢余就可。即空间频率只要在6～13左右即可。

3米处，空间频率为11的线宽 = 1843mm/（11*100）= 1.675mm

3米处，空间频率为 8的线宽 = 1843mm/（8*100）= 2.304mm

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以上步骤完成后，V05-2相机的对焦标准制定基本完成。但在实际操作的过程中，因为物料品质很难保证一致性、品质水准的定位、拍摄景深的要求、人的视觉分辨率问题等，为保证整体成像效果及满足标准要求，V05-2相机对焦标准应不低于中心11线对/mm，边缘8线对/mm。

三、数码相机对焦标准与传统相机对焦标准的关系：

1、分辨率单位确定：需依线对/mm为单位进行计算。如为LW/PH单位，则需先将LW/PH转换成线对/mm。 

         例：V05-2视觉分辨率Rt为1945（LW/PH），则：1945/（2*4.28mm）= 227线对/mm

2、等效分辨率：即相当于35mm胶片相机分辨率，把以线对/mm为单位的分辨率值转换到24*36mm的画幅的值进行比较：

等效因子δ =（图高/24）        （图高指的是sensor的影像高度）

等效分辨率 = δ* 分辨率（IP/mm）

         示例：如V05-2的sensor的分辨率为227线对/mm，那么等效于35mm相机的分辨率为：

                   等效分辨率=δ*分辨率（IP/mm）=（4.28/24）*227=40（IP/mm）

也就是说V05-2相机sensor的分辨率如果折算成传统相机的分辨率就是40线对/mm。

                        附表一、35mm照相机空间频率值的线条宽度：