За пределами мегапикселей: понимание реального оптического разрешения

Почему больше мегапикселей не всегда означает лучшее изображение

При выборе системы камер многие клиенты, естественно, в первую очередь ориентируются на одну спецификацию:

Сколько мегапикселей у камеры?

Камера 4 МП звучит лучше, чем камера 2 МП.

Камера 8 МП звучит лучше, чем камера 5 МП.

Это понятно, ведь мегапиксели легко сравнивать.

Однако после многих лет работы с оптическими системами становится совершенно ясно одно:

Большее количество мегапикселей не приводит автоматически к большему количеству деталей.

Конечное качество изображения зависит от всей системы формирования изображения, включая сенсор, объектив, алгоритм обработки изображения и даже условия съемки.

Среди всех этих факторов объектив часто является самым недооцененным компонентом.

Датчик высокого разрешения может уловить только те детали, которые передает объектив.

Если объектив не может разрешить достаточно информации, эти дополнительные пиксели просто записывают размытое изображение с большим количеством данных.

Разница между разрешением датчика и оптическим разрешением

Распространенным заблуждением в индустрии фотоаппаратов является следующее:

Датчик 8 МП = качество изображения 8 МП

Но это не всегда так.

Датчик определяет, сколько пикселей доступно для захвата информации.

Объектив определяет, может ли эта информация действительно четко достичь датчика.

Представьте себе, что вы используете высококачественную матрицу камеры за некачественным объективом. Датчик может содержать миллионы пикселей, но захваченное изображение все равно может выглядеть мягким, поскольку оптическая система не может воспроизвести мелкие детали.

Это похоже на монитор компьютера с высоким разрешением, но отображающий изображение низкого качества. Экран способен отображать детали, но исходная информация отсутствует.

Вот почему инженеры часто говорят:

Объектив – это первый шаг к качеству изображения.

Что определяет реальное оптическое разрешение?

Реальное оптическое разрешение определяется не только числом мегапикселей.

На конечное качество изображения влияют несколько оптических факторов.

1. Производительность MTF

MTF (функция передачи модуляции) — один из наиболее важных показателей оптических характеристик.

Проще говоря, MTF показывает, насколько хорошо объектив может воспроизводить детали с разными уровнями контрастности.

Объектив с хорошими характеристиками MTF может сохранять более четкие края, более мелкие текстуры и лучший контраст.

Для таких приложений, как наблюдение за безопасностью, промышленный контроль, робототехника и машинное зрение, MTF часто более значим, чем простая мегапиксельная метка.

Камере не нужно больше пикселей, если эти пиксели не могут передать полезную информацию.

2. Резкость краев

Многие характеристики объективов ориентированы на центральное разрешение.

Однако изображения реального мира — это не только центр.

Для широкоугольных камер видеонаблюдения, камер для дронов и интеллектуальных систем технического зрения одинаково важна производительность периферийных устройств.

Объектив может выглядеть резким в середине, но терять детали по углам.

Это может повлиять на:

Распознавание объектов

Сшивка изображений

Точность обнаружения AI

Анализ сцены.

Хорошо спроектированная оптическая система должна поддерживать сбалансированную резкость по всему изображению.

3. Согласование датчика и объектива

Хороший объектив должен соответствовать сенсору.

Взаимосвязь между объективом и сенсором включает в себя множество факторов:

Размер датчика

Размер пикселей

Изображение круга

CRA (угол главного луча)

Требования к разрешению

Использование датчика высокого разрешения с неподходящим объективом может привести к таким проблемам, как:

Уменьшенная четкость углов

Виньетирование

Плохая однородность яркости

 Качество изображения ниже ожидаемого.

Выбор объектива для фотоаппарата – это не просто выбор фокусного расстояния.

Это выбор оптической системы, которая работает вместе с датчиком.

Почему это имеет большее значение в приложениях AI Vision

Сегодня камеры становятся умнее.

Камеры видеонаблюдения, роботы, автономные системы и промышленное оборудование все чаще полагаются на алгоритмы искусственного интеллекта для понимания изображений.

Однако производительность ИИ сильно зависит от качества входного изображения.

Плохое оптическое разрешение может создать проблемы:

Размытые границы объектов.

Не хватает мелких деталей.

Снижение уверенности в распознавании

Больше ложных тревог

Алгоритм искусственного интеллекта не может восстановить информацию, которая никогда не была захвачена объективом.

Лучшее программное обеспечение не может полностью компенсировать плохую оптику.

Вот почему многие инженеры теперь уделяют больше внимания оптическим характеристикам, прежде чем выбирать датчики с большим количеством пикселей.

Правильный вопрос не «Сколько мегапикселей?»

При разработке продукта для камеры самым важным вопросом является не следующее:

«Сколько мегапикселей мы можем поддерживать?»

Лучший вопрос:

«Как много полезной информации может на самом деле получить система визуализации?»

Сбалансированная система камер требует сотрудничества между:

Высококачественный датчик

Правильно спроектированная линза

Подходящее освещение

Эффективная обработка изображений

5-мегапиксельная камера с отличными оптическими характеристиками иногда может дать лучшие практические результаты, чем 8-мегапиксельная камера в сочетании с неподходящим объективом.

Дополнительные пиксели имеют ценность только тогда, когда оптическая система может ими воспользоваться.

Выбор подходящего партнера по оптическим линзам

Для производителей камер и разработчиков систем выбор поставщика объективов – это не только поиск продукта с правильными характеристиками.

Надежный оптический партнер должен понимать:

Соответствие датчиков

Оптический дизайн

Требования к разрешению

Прикладная среда

Производственная стабильность

ВБоши ОптикаМы специализируемся на разработке оптических решений для камер видеонаблюдения, систем искусственного зрения, дронов, автомобильной визуализации, медицинского оборудования и других приложений для камер.

Наш подход прост:

Не гонитесь за цифрами в спецификации.

Сосредоточьтесь на обеспечении реального качества изображения.

Потому что, в конце концов, клиенты не покупают мегапиксели.

Они покупают более четкие изображения, лучшее узнавание и более надежную визуальную информацию.