眾所周知，攝像機(jī)的分辨率是指當(dāng)攝像機(jī)攝取等間隔排列的黑白相間條紋時，在監(jiān)視器（比攝像機(jī)的分辨率要高）上能夠看到的最多線數(shù)，當(dāng)超過這一線數(shù)時，屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片，而不再能分辨出黑白相間的線條。因此，分辨率這一參數(shù)的正確與否尤其重要。

分辨率有極限分辨率與調(diào)制傳遞函數(shù)兩種表示法。在攝像機(jī)中，通常用極限分辨率表示。極限分辨率是在一定的測試條件之下定義的。當(dāng)以一定性質(zhì)的鑒別率圖案（有100%對比度的專門的測試卡）投射到CCD光敏面時，在輸出端觀察到的最小空間頻率（即用眼睛分辨的最細(xì)黑白條紋對數(shù)）就是該器件的極限分辨率。分辨率通常用每毫米黑白條紋對數(shù)（單位為線對/mm）或每幀高電視行數(shù)（單位為TVL）表示。攝像機(jī)指的清晰度，主要是用的TVL數(shù)這種極限分辨率。而這兩種極限分辨率的單位，也是具有確定的換算關(guān)系的(這里就不作介紹)。

而分辨力與分辨率不是同一含義，千萬不能混為一談。分辨力的定義是，將光學(xué)系統(tǒng)剛好能分辨的兩物體之間的最小間隔，稱為光學(xué)系統(tǒng)的分辨力，而不是分辨率。

按照幾何光學(xué)理想成像的定義，由同一物點發(fā)出的光線，通過光學(xué)系統(tǒng)以后應(yīng)全部相交于一點。然而在實際成像中，通常得到的是一個具有一定面積的光斑。
中心亮斑的直徑可由下式表示：

式中，λ為光的波長；n為像空間介質(zhì)折射率；U′max為像方孔徑角。

因為光實際上也是一種電磁波，通過光學(xué)系統(tǒng)中限制光束口徑的孔徑光闌的衍射，會生成衍射像。由于衍射像有一定的大小，我們把兩個衍射像間所能分辨的最小間隔，稱為理想光學(xué)系統(tǒng)的分辨力。

根據(jù)實驗證明，兩個像點間能夠分辨的最短距離約等于中央亮斑的半徑R，如圖1所示。

由公式(1)得到

式（2），即為理想光學(xué)系統(tǒng)的衍射分辨力公式。

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因此，我們定義分辨力為：人眼剛好能分辨的兩物體之間的最小間隔。顯然，間隔即一段距離，則分辨力的單位為米制，即mm、μm或nm。這樣，分辨率的單位與分辨力的單位是不一樣的。從分辨率的單位為線對/mm來看，與分辨力就有互為倒數(shù)的關(guān)系，也說明分辨力是能分辨兩條線之間的最小間隔。

(2)從攝像鏡頭的分辨率看與分辨力的關(guān)系
攝像物鏡即通常所說的攝像鏡頭，它的作用是將外界物體成像在CCD器件的感光面上，因此其分辨率一般以像平面上每毫米內(nèi)能分辨開的線條數(shù)N表示。
一般，攝像物鏡近似為對無限遠(yuǎn)物體成像，有

將上式代入式（2）所示的理想衍射分辨力公式中，可得到

當(dāng)n′=1時，由于F= f′/D，則R=1.22λF。
根據(jù)公式（3），若以每毫米能夠分辨的線條數(shù)N，來表示光學(xué)系統(tǒng)的分辨率，則有

因此，式（4）便是攝像物鏡的分辨率公式。由此也可看出，分辨率(N)與分辨力(R)的區(qū)別。顯然，它們是互為倒數(shù)的關(guān)系。由（4）式可見，攝像物鏡的F數(shù)越小，則光學(xué)系統(tǒng)的分辨率就越高。

(3)分辨率的表示法
分辨率是攝像機(jī)最重要的一個參數(shù)，一般有兩種表示法：

1）極限分辨率
極限分辨率是在一定的測試條件之下定義的。當(dāng)以一定性質(zhì)的鑒別率圖案（有100%對比度的專門的測試卡）投射到CCD光敏面時，在輸出端觀察到的最小空間頻率（即用眼睛分辨的最細(xì)黑白條紋對數(shù)）就是該器件的極限分辨率。分辨率通常用每毫米黑白條紋對數(shù)（單位為線對/mm）或每幀高電視行數(shù)（單位為TVL）表示。攝像機(jī)指的清晰度多是用的TVL數(shù)。這種極限分辨率的表示方法，雖有專門的測試卡測量而使用方便，但不客觀科學(xué)。其原因是因為：

①每個人的視覺不一樣，觀測值帶有主觀性；
②測試卡的對比度與幾何尺寸以及觀測時的照度不一樣，觀測的結(jié)果也會有不同。如當(dāng)被攝圖像對比度低于30%時，觀測的分辨率值就會明顯下降；
③觀測的分辨率值是系統(tǒng)的總體特性，而不能分?jǐn)偟礁鱾€部件上。
為此，目前國際上一般均采用調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）來表示分辨率。

2）調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）
所謂調(diào)制傳遞函數(shù)，即輸出調(diào)制度Mout與輸入調(diào)制度Min之比。即

或者說調(diào)制傳遞函數(shù)是調(diào)制度與空間頻率的關(guān)系。當(dāng)輸入正弦光波（即一個確定的空間頻率的物像投射在CCD上）時，CCD的輸出也將是隨時間變化的一種正弦波，設(shè)波峰為A，波谷為B，則可得調(diào)制度為

通常用零空間頻率下的值進(jìn)行歸一化，得到無量綱量即調(diào)制傳遞函數(shù)MTF。并且，MTF隨空間頻率的增高而減小。

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由于MTF表示的是轉(zhuǎn)移過程前后調(diào)制度M的比值，它與圖像的形狀、尺寸、對比度、照度等無關(guān)，因此是客觀而科學(xué)的。而且由于MTF是正弦波空間頻率振幅的響應(yīng)。在給定的空間頻率下，整個系統(tǒng)的MTF等于系統(tǒng)各部分MTF的乘積。即

值得提出的是，有時還用對比傳遞函數(shù)（CTF）來評價分辨率。所謂對比傳遞函數(shù)就是方波空間頻率振幅的響應(yīng)。同MTF一樣，CTF也隨空間頻率的增高而減小。但是CTF不能按各部分的乘積來評價，可是方波的振幅響應(yīng)容易測量，所以也常采用。

 
(4)攝像機(jī)的分辨率
通常，固體攝像機(jī)的分辨率在鏡頭的分辨率與視頻信號帶寬（6MHz）保證的前提下，主要取決于圖像傳感器的像素數(shù)，本文列出了根據(jù)像素數(shù)計算攝像機(jī)的分辨率的公式，據(jù)此公式，對低解析度500×582像素的攝像機(jī)，其分辨率不可能為420TVL。下面就介紹一下分辨力與分辨率的定義，兩者的相互聯(lián)系及其區(qū)別，常用的分辨率的表示法以及攝像鏡頭與攝像機(jī)的分辨率的計算公式。

分辨率有時也稱清晰度，對CCD攝像機(jī)來說，則應(yīng)有垂直方向的清晰度和水平方向的清晰度，兩者的比值也可稱為清晰度比。下面分別介紹一下攝像機(jī)的垂直清晰度與水平清晰度：

1)垂直清晰度
垂直清晰度是由一幀圖像的掃描行數(shù)決定的。由于在場消隱期間看不到掃描線，對于我國625行50場的掃描制式來說，畫面的有效掃描行數(shù)約為575行；而對于美國525行60場的掃描制式來說，畫面的有效掃描行數(shù)約為490行。由于水平掃描線之間是離散的，所以兩條相鄰的水平掃描線之間一定會丟失部分細(xì)節(jié)（或說對與掃描線相同的黑白水平線攝像時，掃描線與黑白水平線正好重合的概率不等于一）。一般，約有30%（凱爾系數(shù)）的細(xì)節(jié)會丟失。所以認(rèn)為，垂直清晰度RV等于有效掃描行數(shù)n乘以經(jīng)驗值0.7（即70%），即

所以，對625行的掃描制式來說，實際有效的清晰度為575×0.7=402TVL；對525行的掃描制式來說，其垂直清晰度為490×0.7=343TVL。因此垂直清晰度對同一電視制式來說，基本上是固定的。

2)水平清晰度
由于垂直清晰度對同一電視制式來說，基本上是固定的，因此攝像機(jī)的清晰度主要是看水平清晰度。這個水平清晰度是當(dāng)用與畫面高度相等的黑白相間的垂直平行線作被攝物時，在水平方向上所能夠再現(xiàn)的線數(shù)。而黑白條圖形都是一定頻率的方波信號，所以根據(jù)行掃描速度和傳送帶寬也可確定水平清晰度的值。

水平清晰度用RH表示，如果一條掃描線上能夠再現(xiàn)m個像素，則可用下式來表示水平清晰度：

式中，m為水平方向的像素數(shù)，V是畫面的垂直高度，H為水平長度，V/H也叫做光柵高寬比。一般V/H=3/4=0.75，所以（9）式可寫成

 
該式即為黑白攝像機(jī)的清晰度公式。但現(xiàn)實上因為光學(xué)因素會低于這個理論值，如為抑制因條紋圖案接近間距發(fā)生的水波紋，所使用的光學(xué)低通濾波器及鏡頭的分辨率等。

對單板彩色CCD攝像機(jī)，因彩色濾光片效果，其分辨率低于相同像素數(shù)的黑白攝像機(jī)，其清晰度的表示式為

式中，α為因彩色濾光片排列所改變的經(jīng)驗值：對原色直線排列條紋濾光片，α＝0.53～0.57；對補(bǔ)色方塊色差線順序濾光片，α＝0.8～0.85。彩色CCD攝像機(jī)多使用后者。

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因此，對像素數(shù)為500（H）×582（V）的低解攝像機(jī)來說，其黑白機(jī)的水平清晰度RH = 0.75×500 = 375TVL，所以對分辯率無特殊優(yōu)化處理等功能的一般攝像機(jī)來說，這種像素數(shù)不可能有420TVL，至于彩色攝像機(jī)就更不可能稱420了，而最好也只能是375×0.83＝310TVL；至于752（H）×582（V）的高解攝像機(jī)，黑白機(jī)的水平清晰度為0.75×752＝564TVL，不可能為600TVL，而彩色機(jī)也只是460TVL。所以，不是你說得越高越好，而是要有科學(xué)依據(jù)的。

（5）分辨率的測試
通常，分辨率的測試是用安裝有成像質(zhì)量好的鏡頭的攝像機(jī)，去拍攝圖2所示的分辨率測試卡，并通過波形監(jiān)視器用人眼來讀取所能分辨的最大線數(shù)。其具體方法如下：

 
① 按圖3布置測試環(huán)境。將分辨率測試卡置于標(biāo)準(zhǔn)測試燈光盒上，距攝像機(jī)約3m遠(yuǎn)。攝像機(jī)的視頻輸出端接波形監(jiān)視器，并使波形監(jiān)視器的輸出連至高分辨率黑白監(jiān)視器(600線以上)上。

② 將景物照度設(shè)定為2000lx，光源色溫設(shè)定為3200K。

 
③ 調(diào)節(jié)鏡頭焦距（或選配合適的定焦鏡頭并前后稍稍移動攝像機(jī)）使分辨率卡的圖像充滿監(jiān)視器的屏幕，并通過精確對焦使圖像最清晰。

④ 用選行示波器觀察圖2所示的分辨率卡，就可得到圖4所示的波形。

 
⑤ 調(diào)節(jié)鏡頭光圈使信號白電平達(dá)到100%（700mV），則此時調(diào)制深度剛超過5%的電視線數(shù)即為該攝像機(jī)的極限分辨率。

2、最低照度
(1)最低照度的含義及其相關(guān)的條件
眾所周知，攝像機(jī)說明書中的最低照度指標(biāo)是非常重要的，因為它是衡量攝像機(jī)優(yōu)劣的一個重要參數(shù)。這個指標(biāo)說明了，該臺攝像機(jī)能攝取監(jiān)控場景目標(biāo)上照度的最低值。并且，它也是當(dāng)被攝景物的光亮度低到一定程度，而使攝像機(jī)輸出的視頻信號電平低到某一規(guī)定值時的景物光亮度值。確切地說，最低照度是攝像機(jī)產(chǎn)生的亮度輸出電平為額定標(biāo)準(zhǔn)電平700mv的一半時被攝物體的照度值。

一般，在標(biāo)定最低照度這一參數(shù)時，還應(yīng)特別注明鏡頭的最大相對孔徑。如使用F1.2的鏡頭，當(dāng)被攝景物的光亮度值低到0.041x時，攝像機(jī)輸出的視頻信號幅值為最大幅值的50%，即達(dá)到350mV（一般標(biāo)準(zhǔn)視頻信號最大幅值為700mV即0.7V），則稱此攝像機(jī)的最低照度為0.04lx / F1.2。被攝景物的光亮度值再低，攝像機(jī)輸出的視頻信號的幅值就達(dá)不到350mV，它反映在監(jiān)視器的屏幕上，將是一屏很難分辨出層次的、灰暗的圖像。

目前，市場上對最低照度的規(guī)范尚不統(tǒng)一，有些產(chǎn)品說明書中照度指標(biāo)很低的攝像機(jī)的低照度特性，可能還不如照度指標(biāo)稍高一些的攝像機(jī)的低照度特性好。究其原因，就是在測定低照度指標(biāo)時，使用的測定標(biāo)準(zhǔn)與鏡頭的孔徑不同。如果將攝像機(jī)輸出的視頻信號幅值降為最大幅值的30%（即210mV）為基準(zhǔn)時，再進(jìn)行測量，則被攝景物的光亮度值還可以再低，如0.03lx；若再進(jìn)一步將光學(xué)鏡頭換為F1.0的鏡頭，則由于光能量的增加，被攝景物的光亮度值還可再進(jìn)一步降低到0.02lx。

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由上分析可見，最低照度的數(shù)值實際上與下述四個因素有關(guān)：
①鏡頭的光圈的大小；
②光源的色溫的高低；
③視頻信號的幅度的大?。?
④目標(biāo)的反射率和背景的情況。
因此，只有標(biāo)明了以上四個相關(guān)條件，而測試出的最低照度值才是有意義的。若拋開測定標(biāo)準(zhǔn)，而單純地以某品牌攝像機(jī)的照度標(biāo)稱值，去和另一個品牌攝像機(jī)的照度標(biāo)稱值去比較，是不能準(zhǔn)確得出哪臺攝像機(jī)的低照度特性更好的結(jié)論的，因為它們所用鏡頭的相對孔徑和輸出視頻信號的規(guī)定值等條件可能是不一樣的。又如，若使用針孔鏡頭，攝像機(jī)的最低照度指標(biāo)，肯定要加大。所以，目前攝像機(jī)中的最低照度指標(biāo)，只能用于設(shè)計及選購器材時的參考。

(2)最低照度的檢測方法
通常，最低照度的檢測方法有下面兩種：

①對比法
選用二個同型號的鏡頭，安裝在欲檢測的攝像機(jī)與國外名廠品牌的原裝攝像機(jī)上，去作對比。將它們置于暗室，并分別對準(zhǔn)相同的層次豐富的物體，再用調(diào)光器調(diào)節(jié)光照度的大小，直至看不清物體的暗部層次，或者將鏡頭光圈調(diào)小一級作對比。這樣，就可根據(jù)國外名廠品牌的原裝攝像機(jī)的最低照度值，即可推測出欲檢測的攝像機(jī)的最低照度值。

②儀器法
同上一樣，也是在暗室中測試，即將欲檢測的攝像機(jī)對準(zhǔn)一個十級灰度測試卡，然后用調(diào)光器調(diào)節(jié)光照度的大小，直至攝像機(jī)輸出的視頻信號在示波器上的幅值降為350mv，最后再用照度計測量這個灰度測試卡表面的照度值，即為所測試條件下的最低照度值。

3、信噪比
（1）信噪比的含義及其與照度的關(guān)系
攝像機(jī)說明書中的信噪比，也是攝像機(jī)的一個主要參數(shù)。一般，攝像機(jī)攝取較亮場景時，在監(jiān)視器上顯示的畫面通常比較明快，觀察者往往看不到畫面中的干擾噪點；而當(dāng)攝像機(jī)攝取較暗場景時，監(jiān)視器上顯示的畫面就比較昏暗，觀察者此時很容易看到畫面中有雪花狀的干擾噪點。這些干擾噪點的強(qiáng)弱，即干擾噪點對畫面的影響程度，與攝像機(jī)信噪比指標(biāo)的好壞有著直接的關(guān)系。顯然，攝像機(jī)的信噪比越高，干擾噪點對畫面的影響就越小。所以，據(jù)此可看出攝像機(jī)信噪比指標(biāo)的好壞。