1、.章節內容數碼鏡頭設計原理_基礎篇 第十章 鏡頭評價*對數碼鏡頭的評價不同的用處有不同的標準，但在絕大多數清況下，有些技術指標確需要共同準守的，下面介召的就是這些需共同遵守的技術指標。第一節 鏡頭鑒別率在第二章曾介召過了數碼鏡頭鑒別率的有關問題，在本節將繼續介召更深層次的問題。1 鏡頭設計傳函MTF域值的規定鏡頭傳函MTF域值指與其相配的接受器恰好能分辯出分辯率線對的MTF值。CCD，CMOS的MTF域值為0.15。考慮鏡頭加工完后設計傳函的MTF會下降0.10.15，應此鏡頭的設計傳函MTF域值應定為0.32 鏡頭設計達到的鑒別率頻數值鏡頭0.7視場的設計鑒別率定為整個鏡頭的鑒別率，這樣作的

2、原因是為了保正鏡頭主要工作區的象質。對于0.7視場以外區的鑒別率，可參考下表：下面是36mm鏡頭系列鑒別率等級表鏡頭類別鏡頭級別視 場中心邊緣 廣角鏡頭 f < 38J04025JI3626JII3236JIII2812 標準鏡頭 f =3861J04120JI3618JII3214JIII2811 遠攝鏡頭 61< f < 135J03625JI3222JII2816JIII2512 超遠攝鏡頭 f >135J03225JI2822JII2516JIII2212數碼鏡頭0.7視場以外區鑒別率對工作區鑒別率的比例可略小于上比例。而0.7視場的設計鑒別率是由MTF=0.3

3、時的頻數確定的（見下圖）。3 如何通過鑒別率來判斷鏡頭的成象質量我們知道CCD可分辯圖案的頻數低于鏡頭鑒別率，但上面我們只對鏡頭最高頻數即鑒別率進行了定義，低于此頻率的圖案的質量又該如何評價呢？最簡單直觀的辦法是看各典型光線的MTF曲線都接近向下傾的斜直線。這樣才能保正各典型光線在整個MTF頻數中，成象質量都比較好。這樣作的原因是因為MTF低頻區決定了圖象輪括的清晰度，中頻區決定了圖象的層次感，高頻區決定了圖象細節的分辯率。下面看幾個鏡頭的NTF曲線：這是一個大視場（2W=80°）超大口徑（F=1.23）短焦（f=4）可變光欄的鏡頭MTF圖：其0.7視場區以內的傳函曲線近于斜直線，因

4、此其成象是比較好的。 最小象元邊長=1/（2*80）=0.00625，在CCD成象區長邊供分布（6*4/5）/0.00625=768個最小象元，在CCD成象區短邊供分布（6*3/5）/0.00625=575個最小象元，那么該鏡頭可配768*575=441600象素的CCD（四十萬象素）。即可配用四十萬象素CMOS，用于一般的監視場合。下面是個F=2.6,，2W=60°，f=6的三單鏡MTF圖：MTF直線性較好，但中心視場傳函低了些。這也是個三鏡系統，MTF圖如下：由上圖可見：盡管鏡頭接近40萬象素的水平，可由0.7視場考查線（假想存在），整個區段的MTF曲線都在其下面較多，尤其是低頻

5、下降更快，因此圖象的輪廓分辯不清，且層次感也不會太好。4 變焦鏡頭鑒別率鑒定_顯微系統對變焦顯微系統，不同倍率下對鑒別率的要求是不一樣的。另外接收器不同，對鑒別率也不一樣。下面我們看看前面得到的連續變倍顯微系統的初解的鑒別率的要求。 （1）目鏡作為接收器顯微系統象差設計時，由于象方光路比物方長很多，為了提高求解精度，往往是反光路進行象差評衡。人眼監別率在顯微系統由于亮度問題令為3，那么在250mm明視距離上彌散直徑=250·0.0003·3=0.225mm，除視放大率即為物方可分辯的彌散斑直徑。我們令它為鑒別率線寬時，上述計算仍成立。再用下式即可求出物方應達到的鑒別率值：上

6、式：- 鑒別率d - 分辯率線寬 - 顯微系統視放大率下面我們分別計算低中高倍時應達u 在低倍時物方應達到鑒別率15 lp/mmu 中倍時由前面“第五章 顯微系統”計算出中倍倍率=5/2.25=2，那么物方應達到鑒別率計算如下：物方應達到鑒別率44 lp/mmu 高倍時由前面“第五章 顯微系統”計算出中倍倍率=5，那么物方應達到鑒別率計算如下： 物方應達到鑒別率111 lp/mmu 連續變倍顯微系統象質鑒定下面我們用上標準來鑒別物鏡鑒別率的水平：低倍0.7視場反光路物高應是8 x 0.7=5.6，此時由“反光路整體結構(低倍調整到位).ZMX”有鑒別率為：7. lp/mm < 15lp/

7、mm 中倍0.7視場反光路物高應是8 x 0.7=5.6，此時由“反光路整體結構(中倍調整到位).ZMX”有物方鑒別率為：37 lp/mm < 44 lp/mm。高倍0.7視場反光路物高應是8 x 0.7=5.6，此時由“反光路整體結構(高倍調整到位).ZMX”有物方鑒別率為：76 lp/mm < 111 lp/mm。說明連續變倍顯微系統（用目鏡時）的初解需達到的鑒別率時還需進一步校象差。（2）CCD作為接收器設人眼在屏幕的分辯率為3，這時如果人眼直接在屏幕觀查（不作放大處理），那么可分辯的屏幕上的掃描線寬為：250·0.0003·3=0.225mm，而一個線對

8、鑒別率圖案寬度為0.45mm,用14英寸屏幕觀查，則屏幕水平寬=24.5*14*4/5=274mm，屏幕垂直寬=24.5*14*3/5=206mm那么在水平需分布274/0.45=611條分辯率線，垂直需分布206/0.45=457條分辯率線。可選640 x 480的計算機屏顯模式。這樣就要求CCD的象素總數達到640 x 480 =307200，即30萬象素。這就是電腦眼用的CMOS絕大多數是30萬象素的原因。下面我們計算CCD作為接受器時，顯微鏡應達到的鑒別率。選1/3英寸CCD，那么：30萬象素鑒別率線寬d可由下面計出：上式：Z -象素總數，L - CCD感光面對角線長毫米數，d - 鑒

9、別率線寬將：Z=300000，L=6代入上式有：d=0.00759 mm轉到物方有：式中：- 顯微物鏡垂軸放大率下面就用象方鑒別率線寬計算顯微物鏡應達到的u 在低倍時 當：L=6 ，Z=300000 =0.7時 ，d=0.01084那么物方鑒別率應達到u 在中倍時當：L=6 ，Z=300000 =2時 ，d=0. 00379那么物方鑒別率應達到u 在高倍時當：L=6 ，Z=300000 =5時 ，d=0. 001517那么物方鑒別率應達到 u 連續變倍顯微系統象質鑒定這時的象方視場由CCD對角線確定此時： 低倍0.7視場反光路物高應是3 x 0.7=2.1，此時由

10、“反光路整體結構(低倍調整到位).ZMX”有鑒別率為：30 lp/mm < 46 lp/mm中倍0.7視場反光路物高應是3 x 0.7=2.16，此時由“反光路整體結構(中倍調整到位).ZMX”有物方鑒別率為：105 lp/mm < 130 lp/mm。高倍0.7視場反光路物高應是3 x 0.7=2.1，此時由“反光路整體結構(高倍調整到位).ZMX”有物方鑒別率為：230 lp/mm < 329 lp/mm。說明連續變倍顯微系統（用顯示器時）的初解需達到的鑒別率時還需進一步校象差。5 變焦鏡頭鑒別率鑒定_望遠與照象系統（1） 望遠系統變焦時鑒別率的鑒定 望遠系統根據需要往往

11、給出的是物方應達到的鑒別焦值，應如何計算呢？人眼監別率在望遠系統目方可達到1，那么除視放大率就得出物方應達到的鑒別角值：上式：- 物方鑒別率- 象方鑒別率 - 望遠系統視放大率這個式子好理解，就不舉例了。（2） 照象系統變焦時鑒別率的鑒定照象系統鑒別率一般是根據需要提出鏡頭在CCD上的象素數的要求，例如要達到200萬的象素水平。那么應先計算出鑒別率線寬：式中：L=6（選1/3英寸CCD對角線寬是6mm），Z=2097152（200萬=2*10242） 解出：d=0.0029mm。 下面再用下式轉為鏡頭鑒別率的要求：將d=0.0029mm代入，計算出鏡頭應達到的鑒別率為：172 lp/mm，這個要求經過努力是可以做到的。同時也說明：1/3英寸CCD鏡頭，要達到200萬象素水平，鑒別率最少要高于170 lp/mm。如果要求的是鏡頭鑒別率，那么剩下的問題就是計算相配CCD的相素總數。具體計所在“第二章 鑒別率”有介召，在此就不多說了。 第二節 象面均勻性標準象面最大視場最大口徑點對視場中心光能比要大于50%(見“第九章 第五節 調整各光線漸暈的原則”)第三節 畸變標準有些情況下的鏡頭允許有一定畸變，例如：測量鏡頭和制板鏡頭要求小于 1 % ，一般的照象鏡頭和望遠