ما وراء الميجابكسل: ما الذي يحدد دقة عدسة الكاميرا حقًا

هناك مواصفات تظهر في كل ورقة بيانات الكاميرا الحديثة تقريبًا:

ميغا بكسل.

5 ميجابكسل. 8 ميجابكسل. 12 ميجابكسل. 24 ميجابكسل.

الرقم سهل الفهم، وسهل المقارنة، وسهل جدًا في التسويق.

ولكن إذا قضيت وقتًا كافيًا في تطوير أنظمة الكاميرا، فسوف تواجه في النهاية سؤالًا غير مريح:

يمكن للعدسة الفعليةهل يمكن حل ما يستطيع المستشعر التقاطه؟

هذا هو المكان الذي تصبح فيه الأمور أكثر إثارة للاهتمام.

لا يمنحك مستشعر 8 ميجابكسل صورة بجودة 8 ميجابكسل تلقائيًا. يوفر المستشعر إمكانية أخذ العينات، ولكن يجب أن توفر العدسة تفاصيل بصرية كافية حتى تكون تلك البكسلات مفيدة.

بمعنى آخر، الكاميرا ليست منافسة بين مستشعرات الميجابكسل.

إنه نظام.

والعدسة هي أحد أهم أجزاء هذا النظام.

دقة المستشعر مقابل الدقة البصرية

لنبدأ بتمييز بسيط.

دقة الاستشعاريصف عدد البكسلات الموجودة في المستشعر.

الدقة البصريةيصف مقدار التفاصيل المكانية التي يمكن للعدسة إعادة إنتاجها بالفعل.

هاتان المواصفات مرتبطتان، لكنهما ليسا نفس الشيء.

تخيل تصوير لوحة ترخيص بعيدة.

قد يحتوي مستشعر 8 ميجابكسل على الكثير من وحدات البكسل المتاحة لتسجيل اللوحة. ولكن إذا أنتجت العدسة صورة ضبابية منخفضة التباين، فلن تتمكن تلك البكسلات من إعادة بناء الشخصيات بطريقة سحرية.

قد ينتهي بك الأمر بعدد أكبر من وحدات البكسل التي تصف التمويه.

وهذا ليس هو نفسه لمزيد من التفاصيل.

ولهذا السبب فإن مجرد وضع مستشعر عالي الدقة خلف عدسة قديمة أو غير متطابقة بشكل جيد يمكن أن يؤدي إلى نتائج مخيبة للآمال.

قد يكون المستشعر جديدًا.

الصورة قد لا تكون.

حجم البكسل يغير التحدي البصري

هناك عامل آخر يحتاج المهندسون إلى مراعاته بشكل متزايد وهو حجم البكسل.

مع تقدم تكنولوجيا الاستشعار، يمكن للشركات المصنعة وضع المزيد من وحدات البكسل في نفس المنطقة المادية.

هذا يبدو وكأنه تحسن واضح.

ولكن هناك مقايضة.

تعني وحدات البكسل الأصغر أن النظام البصري قد يحتاج إلى إعادة إنتاج تفاصيل أكثر دقة لتحقيق الاستفادة الكاملة من المستشعر.

على سبيل المثال، قد تكون الكاميرا التي تستخدم درجة بكسل كبيرة نسبيًا أقل تطلبًا على العدسة من المستشعر الذي يحتوي على بكسلات صغيرة جدًا وكثافة بكسلات أعلى بكثير.

وهذا يخلق سؤالاً مهمًا أثناء تطوير الكاميرا:

هل دقة العدسة عالية بما يكفي لتناسب درجة بكسل المستشعر؟

قد لا تقدم العدسة التي تعمل بشكل جيد تمامًا مع مستشعر قديم نفس الأداء العملي تلقائيًا عند إقرانها بمستشعر أحدث وأكثر كثافة.

وهذا هو أحد الأسباب التي تجعل اختيار العدسة يجب أن يتم جنبًا إلى جنب مع اختيار المستشعر بدلاً من التعامل مع العدسة كفكرة لاحقة.

لماذا تعتبر MTF أكثر أهمية من تسمية ميجابيكسل

إذا كنت تريد أن تفهم الدقة البصرية الحقيقية، في النهاية عليك أن تتحدث عنهاMTF — وظيفة نقل التعديل.

المصطلحات تبدو مخيفة.

الفكرة الأساسية ليست كذلك.

يصف MTF مدى جودة النظام البصري في الحفاظ على التباين عند مستويات مختلفة من التفاصيل.

فكر في تصوير سلسلة من الخطوط البيضاء والسوداء الدقيقة بشكل متزايد.

في الأنماط الكبيرة التي يسهل رؤيتها، يمكن لأي عدسة لائقة تقريبًا إعادة إنتاجها.

عندما تصبح الخطوط أدق، تفقد العدسة التباين تدريجيًا.

يحافظ النظام البصري القوي على التباين المفيد في نطاق التفاصيل الدقيقة.

وهذا ما يساعد MTF المهندسين على تقييمه.

ولهذا السبب لا ينبغي أن تتوقف المواصفات الجادة للعدسة عند:

“يدعم 8MP".

التقييم الأفضل يسأل:

ما هو أداء MTF؟

في أي الترددات المكانية؟

كيف يتم الأداء في المركز؟

ماذا يحدث نحو الحافة؟

هل يظل الأداء ثابتًا عند الفتحة المقصودة؟

تخبرك هذه الأسئلة بالمزيد عن النظام البصري الفعلي.

دقة المركز ليست القصة بأكملها

إحدى أسهل الطرق لجعل العدسة تبدو مثيرة للإعجاب هي إظهار صورة مركزية حادة جدًا.

المشكلة هي أن الكاميرات لا تصور المركز فقط.

غالبًا ما تعتمد الكاميرات الأمنية واسعة الزاوية وكاميرات السيارات وكاميرات الطائرات بدون طيار وأنظمة الروبوتات بشكل كبير على معلومات الصور المحيطية.

قد توفر العدسة دقة مركزية ممتازة ولكن أداءً أضعف بشكل ملحوظ بالقرب من الحواف.

يمكن أن يؤثر هذا على:

الكشف عن الكائنات

التعرف على الوجه

التعرف على المركبات

 فهم المشهد

فحص رؤية الآلة

على سبيل المثال، قد يكون لكاميرا المراقبة التي تراقب موقف السيارات مركبة تدخل بالقرب من حافة الصورة.

إذا كان المركز يبدو رائعًا ولكن الحواف ناعمة، فإن مواصفات دقة الكاميرا الرائعة لا تحكي القصة بأكملها.

أما بالنسبة للمهندسين، فالسؤال الأكثر فائدة هو:

ما مدى تساوي أداء العدسة عبر الصورة؟

الانحرافات تسرق التفاصيل بهدوء

تعد الانحرافات البصرية سببًا آخر قد يؤدي إلى فشل الكاميرا ذات الدقة العالية في تقديم جودة الصورة المتوقعة.

تشمل المشاكل الشائعة ما يلي:

الانحراف الكروي

 انحراف لوني

غيبوبة

الاستجماتيزم

انحناء المجال

لا تحتاج بالضرورة إلى أن تكون مصممًا بصريًا لفهم النتيجة.

النتيجة العملية بسيطة:

التفاصيل تصبح أقل دقة.

قد تفقد الحواف التباين. قد تظهر الهياكل الدقيقة ملونة أو ملطخة. قد تصبح الزوايا أكثر ليونة.

وبالتالي فإن التصميم البصري الحديث يتضمن أكثر بكثير من مجرد اختيار الطول البؤري والفتحة.

يجب على النظام البصري أن يوازن بين عوامل متعددة في وقت واحد.

يعد التشويه أيضًا مشكلة تتعلق بجودة الصورة

يتم التعامل مع التشويه أحيانًا على أنه مشكلة بصرية بحتة.

ليس دائما.

للحصول على صورة غير رسمية، قد تبدو الخطوط المستقيمة المنحنية غير جذابة.

بالنسبة للرؤية الآلية أو تطبيقات الذكاء الاصطناعي، يمكن أن تكون الهندسة مهمة.

يمكن للعدسة ذات الزاوية الواسعة ذات التشوه الكبير أن تجعل الأشياء القريبة من الحافة تبدو مختلفة تمامًا عن شكلها وموضعها الفعلي.

هذا لا يعني أن كل تطبيق يحتاج إلى تشويه منخفض للغاية.

قد تقبل الكاميرا الأمنية بشكل معقول بعض التشويه مقابل مجال رؤية أوسع بكثير.

قد لا يكون نظام القياس الصناعي.

مرة أخرى، الهندسة البصرية تدور حول المقايضات.

تعتمد العدسة "الأفضل" على ما يفترض أن تفعله الكاميرا.

لماذا تعد "عدسة 8 ميجابكسل" وصفًا غير كامل؟

ربما هذه هي النقطة الأكثر أهمية.

العبارة "عدسة 8 ميجابكسل" مفيد للتسويق، ولكنه غير مكتمل من الناحية الفنية.

يتأثر القرار بالعلاقة بين:

عدسة

الاستشعار

حجم البكسل

الفتحة

دائرة الصورة

CRA

 معالجة الصور

ظروف الإضاءة

العدسة غير موجودة في عزلة.

قد تعمل عدسة معينة بشكل جيد للغاية مع أحد المستشعرات وأقل فعالية مع مستشعر آخر بسبب تغير المتطلبات البصرية.

ولهذا السبب يسأل مهندسو الكاميرات ذوو الخبرة عادةً عن طراز المستشعر والمتطلبات البصرية قبل الموافقة على العدسة.

المورد الذي يقول على الفور "نعم، هذه العدسة تدعم دقة 8 ميجابكسل" دون أن يسأل أي شيء آخر ربما يجيب على سؤال المبيعات بدلاً من السؤال الهندسي.

فكيف ينبغي للمهندسين تقييم عدسة عالية الدقة؟

بدلاً من البدء بالميجابكسل، أوصي بالبدء بالتطبيق.

بسأل:

1. ما الاستشعارسيتم استخدامها؟

يحدد تنسيق المستشعر وحجم البكسل المتطلبات البصرية.

2. ما هو مجال الرؤية المطلوب؟

يقدم التصميم ذو الزاوية الواسعة تحديات مختلفة عن العدسة ذات الزاوية الضيقة.

3. ما هو مستوى التفاصيل المهم بالفعل؟

إن الكاميرا الأمنية التي تحدد هوية الشخص على بعد عدة أمتار لها متطلبات مختلفة عن كاميرا الرؤية الآلية التي تقوم بفحص مكون صغير.

4. ما مدى أهمية أداء الحافة؟

بالنسبة للعديد من الأنظمة واسعة الزاوية، يعد هذا أمرًا بالغ الأهمية.

5. ماذا يحدث عند الفتحة المقصودة؟

قد يكون أداء العدسة مختلفًا عند تشغيلها مفتوحة على مصراعيها مقارنةً بإيقافها.

6. ماذا تظهر بيانات MTF؟

وهذا يوفر معلومات مفيدة أكثر بكثير من تسمية الميجابكسل وحدها.

المعنى الحقيقي لـ "الدقة العالية"

العدسة عالية الدقة ليست مجرد عدسة تحمل رقمًا كبيرًا مطبوعًا بجانبها.

إنه نظام بصري يمكنه إعادة إنتاج التفاصيل الدقيقة بتباين كافٍ، عبر مجال الصورة المطلوب، في ظل ظروف التشغيل المقصودة.

هذه مشكلة هندسية أصعب بكثير.

وبصراحة، هذا هو السبب في أن عدستين بمواصفات متشابهة ظاهريًا يمكن أن يكون لهما أسعار مختلفة جدًا.

أنت لا تدفع ببساطة مقابل المزيد من الزجاج.

أنت تدفع مقابل التصميم البصري، والتفاوتات، والمواد، ودقة التصنيع، والطلاء، والتجميع، والاختبار.

في Boshi Optics، يتم تطوير الحلول البصرية لتطبيقات تتراوح من المراقبة الأمنية وتصوير السيارات إلى التصوير الطبي والأجهزة الذكية وأنظمة الكاميرات الأخرى. تشتمل مجموعة منتجات الشركة على عدسات ذات تنسيقات مستشعرات ودرجات دقة ومجالات رؤية وفتحات وهياكل بصرية مختلفة، مما يعكس حقيقة أنه لا توجد عدسة "أفضل" واحدة لكل كاميرا.

الفكرة النهائية: توقف عن عد البكسل، وابدأ في النظر إلى المعلومات

الميجا بكسل مفيدة.

يخبرونك بعدد وحدات البكسل التي يمكن أن يوفرها المستشعر.

لكنها لا تخبرك بمقدار المعلومات المفيدة التي يمكن للنظام البصري تقديمها إلى تلك البكسلات.

ولهذا السبب ينظر المهندسون ذوو الخبرة إلى ما هو أبعد من الرقم الموجود على صندوق الكاميرا.

إنهم ينظرون إلى MTF.

ينظرون إلى حجم البكسل.

إنهم ينظرون إلى الأداء من المركز إلى الحافة.

إنهم ينظرون إلى الانحرافات والتشويه والإضاءة وتوافق أجهزة الاستشعار.

والأهم من ذلك أنهم ينظرون إلى الصورة الفعلية.

لأنه في النهاية، لا يشتري العملاء 8 ملايين بكسل.

إنهم يشترون التفاصيل التي من المفترض أن تظهرها تلك البكسلات.