工程師怎麼來看解析度@ 光學機構設計 - 隨意窩
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單單測試一個鏡頭,可以在鏡頭成像端放置透明測試片,在後方打光,投影出去。
這時候的解像力,是黑白線對Line Pair,單位是LP/inch或是LP/mm。
怪哉,業界 ...
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200812051131工程師怎麼來看解析度?成像解析度Resolution這個名詞,是光電產品的入門知識,但是在光學知識來講,是個應用知識。
由於不容易歸類。
所以在書上,是最後整理才補上去的。
一般光學書籍上,大致上是寫在鏡頭投影解像力的部份。
本文要表達的是,工程師怎麼來看解析度?本文可以先參考書中的模糊圓和測試片章節。
以前我先研發照相機之類產品,公司的掃描器工程師問我:「你的數位相機是多少DPI?」我回答:「25萬畫素。
」說實在,這些解析度的單位,困擾我一陣子,碰到DPI,往往還要在腦袋裏面轉一下;最困擾的是:要如何向人解釋?解析度是二次單位換算,看要怎麼來表達。
工程師一拿到規格,第一個是看感測器的像素大小和像素數目,腦袋裏面也應該只記這個,隨著產品應用不同,才去轉換。
所以我不管是研發什麼產品,也都是只記得像素數目和像素大小。
解析度是:光學系統,針對目標物,看能夠展現出多細緻的程度。
◎鏡頭鏡頭不是最終產品,要伴隨著其他光電產品來應用。
而鏡頭出廠時必須檢驗,用的方法是投影解像力,一些攝影網站寫的很多。
一些攝影網站寫的是攝影解像力,屬於整機測試,必須檢討整個照相機系統的能力,影響因素會比較多,例如:光機漏光、裝配有問題、保護窗不潔淨等等。
單單測試一個鏡頭,可以在鏡頭成像端放置透明測試片,在後方打光,投影出去。
這時候的解像力,是黑白線對LinePair,單位是LP/inch或是LP/mm。
怪哉,業界都會用LPPI表示英制,卻很少用縮寫來表示公制,大概訂單都在北美。
我們都用線對表示鏡頭解像力,例如100LP/mm,若說是解析度,那就除以2,表示鏡頭能分辨到5um。
(解析度100LP/mm→1/100mm/LP→10um/LP→5um/一條線)
◎掃瞄器掃瞄器的開發上,都有固定的標靶,大多只針對A4Size、A3Size來開發。
我們就拿市佔率九成以上的A4來說吧。
既然掃描範圍就是A4了,那就是210mm,有就是8.27inch。
而CCD的開發上,就是那幾種規格。
掃瞄器鏡頭的開發,就是固定物端為A4Size,固定像端為幾個像素點。
解析度沒什麼好計較的,那麼就直接把像素數目除以文件尺寸,出現了DPI。
為什麼要使用DPI,因為線型CCD只管影像橫幅的部份,而直幅的部份,完全是由運動來控制。
橫幅部份的長度是固定的,而直幅部份的長度則隨使用而不同。
有人發明了PPI這個名詞,表達每英吋多少個像素點,這是因為被DPI搞混了,所以發明這麼名詞來強化自己的記憶。
其實沒有這種名詞,而解析度的名詞,必須活用在工程師腦袋裡。
解析度是必須結合感測器和鏡頭,PPI實質意義是感測器內,每英吋有多少像素數目。
然而感測器是看像素尺寸和像素數目,所以PPI只會讓人更混淆。
既然工程師只看像素尺寸和像素數目,那麼為什麼還用DPI呢?因為影像最終還是要到人眼,300DPI代表了正常明視距離,可以感受到影像非常細緻,感受不出粗糙。
這點可以參考書上的模糊圓討論。
所以掃瞄器發展到300DPI,就發展不下去了,600DPI已經是多此一舉。
同理,一般印表機也是多年來停留在300DPI的彩色規格。
例如柯達的CCDhttp://www.kodak.com/global/en/business/ISS/Applications/industrial.jhtmlKLI-2113給的規格是Resolution2098x3,Pixel14.0µm2098代表像素點,用在A4Size,就是254DPI。
(2098÷210×25.4)x3是代表RGB三條線,如果x1就是黑白的CCD。
Pixel14.0µm就是要把2098×14÷1000=29.4mm。
鏡頭供應商必須把鏡頭設計為物端210mm,像端294mm,這樣放大率就出來了,然後設計,在像差和總光程之間作最佳化,決定焦點距離。
總光程是在像差允許範圍內越短越好,所以掃瞄器鏡頭規格都是以總光程來表示。
◎印表機印表機為什麼都使用DPI作解析度呢?原因跟掃描器一樣:1.橫幅部份的長度是固定的,而直幅部份的長度則隨使用而不同。
2.人眼感受影像的細緻程度。
◎數位相機數位相機的標靶不固定,鏡頭效能也隨焦點距離、物距而異,固定的CCD。
只有所以無法以尺寸來表示解析度,只能用像素數目來表達。
然而真正有意義的,要看影像輸出設備。
如投影機、電視、電腦螢幕、印表機。
多年面型CCD的規格很固定,都是4:3的比例,少數會扁一點,例如CanonCMOSSensor是3:2。
當然,現在發展全景16:9的螢幕,未來CCD尺寸也有可能會變。
工程師看CCD規格,看的不是多少畫素,而是長×寬,和像素數目。
像素數目的意義在於長×寬的像素數目,看要怎麼分割畫面,從像素數目和像素大小,可以決定鏡頭的設計。
總像素數目對工程師來講,沒什麼意義,但是這是讓消費者看得懂的規格。
多年來,幾種規格演進,代表各種不同意義:320×240代表10萬畫素:PCCamera640×480代表30萬畫素:電腦螢幕1024×768代表百萬畫素:電視螢幕1600×1200代表兩百萬畫素:照片………………到了四百萬畫素的時代,對於所有輸出設備都是綽綽有餘。
有人要抬槓,要把影像放到很大。
這已非消費用途了,又不是要看A片的毛細孔,這可以參考書中的模糊圓討論。
◎投影機和高畫質電視投影機和高畫質電視的解析度觀念是一樣的。
由於電視尺寸已經很固定,不是4:3就是16:9,所以我們只以畫面高的點數來代表解析度。
對於投影面板而言,看的是點數,畫面高有多少點。
但是對於電視機而言,看的是掃描線。
電視畫面的呈現,是利用人眼視覺暫留原理,一條條掃描線輪流呈現。
交錯式、循序式就不討論了,我們就單以循序式來討論。
所以電視規格是用畫面高有多少掃描線來討論。
例如1080P的電視,以16:9的比例,就是1920x1080。
投影機也常常要播出動態畫面,所以投影面板的規格,也跟著電視機規格來用。
1080P看吧,千萬畫素的數位相機,弄個電視、投影機來放,結果還不是變成兩百萬畫素而已。
前幾年去日本四國Panasonic時,跟投影面板的供應商討論,1080P已經夠用了。
1080P代表高畫質電視時代的來臨(這個時代已經喊很久了),是未來十幾年的規格。
不長進、只會一天到晚用中國的便宜電視畫面的國內電視公司,有高畫質電視了嗎?
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