Więcej niż megapiksele: Zrozumienie prawdziwej rozdzielczości optycznej

Dlaczego więcej megapikseli nie zawsze oznacza lepsze obrazy

Wybierając system kamer, wielu klientów w naturalny sposób skupia się najpierw na jednej specyfikacji:

Ile megapikseli ma aparat?

Aparat 4 MP brzmi lepiej niż aparat 2 MP.

Aparat 8 MP brzmi lepiej niż aparat 5 MP.

Jest to zrozumiałe, ponieważ megapiksele są łatwe do porównania.

Jednak po latach pracy z systemami optycznymi jedna rzecz staje się jasna:

Większa liczba megapikseli nie oznacza automatycznie większej liczby szczegółów.

Ostateczna jakość obrazu zależy od całego systemu obrazowania, w tym od czujnika, obiektywu, algorytmu przetwarzania obrazu, a nawet środowiska fotografowania.

Spośród wszystkich tych czynników soczewka jest często najbardziej niedocenianym elementem.

Czujnik o wysokiej rozdzielczości może uchwycić tylko te szczegóły, które dostarcza obiektyw.

Jeśli obiektyw nie jest w stanie rozdzielić wystarczającej ilości informacji, te dodatkowe piksele po prostu rejestrują rozmyty obraz z większą ilością danych.

Różnica między rozdzielczością czujnika a rozdzielczością optyczną

Powszechnym nieporozumieniem w branży kamer jest:

Czujnik 8 MP = jakość obrazu 8 MP

Ale nie zawsze jest to prawdą.

Czujnik określa, ile pikseli jest dostępnych do przechwytywania informacji.

Obiektyw określa, czy informacje te rzeczywiście mogą wyraźnie dotrzeć do czujnika.

Wyobraź sobie, że używasz wysokiej klasy czujnika aparatu za obiektywem niskiej jakości. Matryca może zawierać miliony pikseli, ale przechwycony obraz może nadal wydawać się miękki, ponieważ układ optyczny nie jest w stanie odtworzyć drobnych szczegółów.

Przypomina to korzystanie z monitora komputerowego o wysokiej rozdzielczości, ale wyświetlanie obrazu o niskiej jakości. Ekran może wyświetlać szczegóły, ale brakuje oryginalnych informacji.

Dlatego inżynierowie często mówią:

Obiektyw to pierwszy krok w stronę jakości obrazu.

Co decyduje o rzeczywistej rozdzielczości optycznej?

Rzeczywistej rozdzielczości optycznej nie określają same liczby megapikseli.

Na ostateczną jakość obrazu wpływa kilka czynników optycznych.

1. Wydajność MTF

MTF (funkcja transferu modulacji) jest jednym z najważniejszych wskaźników wydajności optycznej.

Krótko mówiąc, MTF pokazuje, jak dobrze obiektyw może odtwarzać szczegóły przy różnych poziomach kontrastu.

Obiektyw o dobrej wydajności MTF może zachować wyraźniejsze krawędzie, delikatniejsze tekstury i lepszy kontrast.

W zastosowaniach takich jak nadzór bezpieczeństwa, inspekcja przemysłowa, robotyka i wizja AI, MTF jest często bardziej znaczący niż zwykła etykieta megapikselowa.

Aparat nie potrzebuje większej liczby pikseli, jeśli nie są one w stanie uchwycić przydatnych informacji.

2. Ostrość krawędzi

Wiele specyfikacji obiektywów koncentruje się na rozdzielczości środkowej.

Jednak obrazy świata rzeczywistego to nie tylko centrum.

W przypadku szerokokątnych kamer bezpieczeństwa, kamer dronowych i inteligentnych systemów wizyjnych wydajność brzegowa jest równie ważna.

Obiektyw może wyglądać ostro w środku, ale tracić szczegóły w rogach.

Może to mieć wpływ na:

Rozpoznawanie obiektów

Łączenie obrazu

Dokładność wykrywania AI

Analiza sceny

Dobrze zaprojektowany układ optyczny powinien zachować zrównoważoną ostrość w całym obrazie.

3. Dopasowanie czujnika i obiektywu

Dobry obiektyw musi pasować do matrycy.

Na relację między obiektywem a czujnikiem składa się wiele czynników:

Rozmiar czujnika

Rozmiar piksela

Koło obrazu

CRA (główny kąt promienia)

Wymagania dotyczące rozdzielczości

Używanie czujnika o wysokiej rozdzielczości z nieodpowiednim obiektywem może prowadzić do problemów takich jak:

Zmniejszona przejrzystość narożników

Winietowanie

Słaba jednolitość jasności

Niższa niż oczekiwana jakość obrazu

Wybór obiektywu do aparatu to nie tylko wybór ogniskowej.

Polega na dobraniu układu optycznego współpracującego z sensorem.

Dlaczego ma to większe znaczenie w zastosowaniach AI Vision

Obecnie kamery stają się coraz inteligentniejsze.

Kamery bezpieczeństwa, roboty, systemy autonomiczne i sprzęt przemysłowy w coraz większym stopniu opierają się na algorytmach AI do rozumienia obrazów.

Jednak wydajność sztucznej inteligencji zależy w dużej mierze od jakości obrazu wejściowego.

Słaba rozdzielczość optyczna może powodować problemy:

Zamazane granice obiektów

Brakujące drobne szczegóły

Mniejsza pewność rozpoznania

Więcej fałszywych alarmów

Algorytm sztucznej inteligencji nie jest w stanie odzyskać informacji, które nigdy nie zostały uchwycone przez obiektyw.

Lepsze oprogramowanie nie jest w stanie całkowicie zrekompensować słabej optyki.

Właśnie dlatego wielu inżynierów zwraca obecnie większą uwagę na wydajność optyczną przed wyborem czujników o większej liczbie pikseli.

Właściwym pytaniem nie jest „Ile megapikseli?”

Podczas opracowywania produktu fotograficznego najważniejszą kwestią nie jest:

„Ile megapikseli możemy obsłużyć?”

Lepszym pytaniem jest:

„Ile przydatnych informacji może faktycznie przechwycić system obrazowania?”

Zrównoważony system kamer wymaga współpracy pomiędzy:

Wysokiej jakości czujnik

Odpowiednio zaprojektowany obiektyw

Odpowiednie oświetlenie

Efektywne przetwarzanie obrazu

Aparat 5 MP o doskonałych parametrach optycznych może czasami dawać lepsze rezultaty w praktyce niż aparat 8 MP w połączeniu z nieodpowiednim obiektywem.

Więcej pikseli ma wartość tylko wtedy, gdy układ optyczny potrafi je wykorzystać.

Wybór odpowiedniego partnera w zakresie soczewek optycznych

Dla producentów aparatów i twórców systemów wybór dostawcy obiektywów to nie tylko znalezienie produktu o odpowiednich specyfikacjach.

Niezawodny partner optyczny powinien rozumieć:

Dopasowanie czujnika

Konstrukcja optyczna

Wymagania dotyczące rozdzielczości

Środowisko aplikacji

Konsystencja produkcji

Na Optyka Boshiegokoncentrujemy się na opracowywaniu rozwiązań optycznych dla kamer bezpieczeństwa, systemów wizyjnych AI, dronów, obrazowania samochodowego, urządzeń medycznych i innych zastosowań kamer.

Nasze podejście jest proste:

Nie goń za liczbami w arkuszu specyfikacji.

Skoncentruj się na zapewnieniu rzeczywistej wydajności obrazu.

Bo w końcu klienci nie kupują megapikseli.

Kupują wyraźniejsze obrazy, lepszą rozpoznawalność i bardziej wiarygodne informacje wizualne.