关于镜头解像力相关技术问题的研究

首先需要说明的是：对于镜头本身而言，其实并没有所谓像素的概念。镜头出厂时，厂家一般均会采用“镜头检测投影仪”这种设备，对镜头的解像力进行检测。镜头检测投影仪所体现的解像力指标，是以lp/mm来表示，即每毫米可以解析的线对数(linepair)，该指标与除了镜头外的其他成像单元无关。如下图所示：
镜头检测投影
镜头检测投影
但一般镜头厂家在规格书中都不会明确标明这个指标，而是换以更直观的1MP、2MP或3MP这样的标识，因为lp/mm这个指标过于专业，一般用户可能无法理解，不如直接标像素来的直观。那么，lp/mm与镜头标定的像素与之间是如何对应的呢?从镜头厂家那边了解到，他们一般是以1/2.8"的传感器作为标的来进行换算的，比如：IMX222。IMX222的像素点尺寸为2.8um，最大有效像素为1920x1200，这样我们就可以算出它的靶面尺寸大概为
1920x2.8um=5.376mm，1200x2.8um=3.36mm
我们以IMX222作为标的，可以大致算出镜头像素与lp/mm的对应关系如下：
对于标称是1MP的镜头，它对应的分辨率应该为1280x720=921600，这样就可以大致算出它所对应的lp/mm值为
720/(2x3.36mm)=107lp/mm
标称为1.3MP的镜头，它对应的分辨率应该为1280x960=1228800，它所对应的lp/mm值为
960/(2x3.36mm)=143lp/mm
标称为2MP的镜头，它对应的分辨率应该为1920x1080=2073600，它所对应的lp/mm值为
1080/(2x3.36mm)=160lp/mm
标称为3MP的镜头，它的分辨率应该为2048x1536=3145728，它所对应的lp/mm值为
1536/(2x3.36mm)=228lp/mm
标称为5MP的镜头，它的分辨率应该为2592x1944=5038848，它所对应的lp/mm值为
1944/(2x3.36mm)=289lp/mm
标称为6MP的镜头，它的分辨率应该为3096x2048=6340608，它所对应的lp/mm值为
2048/(2x3.36mm)=304lp/mm
……
通过上面的定量计算，我们就可以大致了解镜头像素与解像力之间的对应关系。
二、镜头解像力与电视线数的对应关系
那么镜头解像力与摄像机的分辨率以及电视线数之间又有什么关系呢?要回答这个问题，我们先要明确摄像机的分类标准。按照《安防视频监控摄像机通用技术要求-征求意见稿-2011.12》中的规定：
摄像机按图像尺寸不同可分为：
A类：标清摄像机，图像格式水平和垂直像素数两项均小于等于768x576
B类：准高清摄像机，图像格式水平和垂直像素数两项均大于768x576且有一项小于1920×1080
C类：高清摄像机，图像格式水平和垂直像素数两项均大于等于1920×1080
按图像尺寸类别，摄像机的中心分辨力应满足：
A类：水平分辨力≥400线，垂直分辨力≥380线
B类：水平分辨力≥600线，垂直分辨力≥600线
C类：水平分辨力≥800线，垂直分辨力≥800线
目前比较常用的两种高清摄像机的分辨率分别是1280x720(1MP)和1920x1080(2MP)，按照摄像机分类标准，他们分别属于B类和C类产品，那他们的中心分辨力分别需要达到≥600线和≥800线。这里所说的线，是指TVLine，该指标是从电视领域沿用下来的，是指画面在某一方向上可以解析的线条数，该指标不仅跟镜头解像力有关系，还跟传感器的分辨率有关。TVLine与lp/mm的对应关系如下：
TVLine=lp/mmx2x传感器的靶面高度=lp/mmx2x传感器垂直分辨率x像素点尺寸
其中x2的原因是lp/mm指每毫米的线对数，黑白算一对，而TVLine黑白算两条线，之所以要乘以传感器的高度而不是宽度，是因为该指标是TV行(Line)而不是列(Column)。传感器的靶面高度又可以由传感器的垂直分辨率与像素点尺寸相乘得到，这样我们就可以得到镜头解像力与图像分辨率以及电视线数之间的对应关系。