喵哥是光学工程出身的，但是被现在“浮躁的社会”影响，开始转向计算机方向，真是“条条大路通CS”。在“转型”的过程中，喵哥开始迷失自己，忘了老本行了。趁目前需要解决监测系统相机分辨率的问题，好好复习一下应用光学。

镜头

镜头的光学性能一般用焦距f、相对孔径D/f（倒数为F数，决定了镜头的分辨率和采光能力）和视场角2w（有的视场角有时用三个参数表示：横向、纵向以及对角的视场角，大概是矩形的？）参数描述。系统使用的时候，性能的描述又有：分辨率、像面照度、摄影范围以及景深和焦深。

先说一下镜头的分辨率（解像力）。

镜头分辨率

镜头的分辨率是对黑白条纹密度的分辨能力，镜头能分辨的最高密度值为该镜头的极限分辨率，用线对/毫米（lp/mm）为单位。

镜头有理论分辨率和实际分辨率之分。理论分辨率是由瑞利准则和衍射极限理论决定，这个仅仅与相对孔径的数值有关。若以可分辨的两点距离 $\sigma$ 表示，那么镜头的理论分辨率为：

$\sigma =\frac{1.22\lambda }{D/f}$

上式的 $\lambda$ 是摄影波长。用N1 lp/mm表示理论分辨本领：

$N1=\frac{1}{\sigma }$

当 $\lambda$ =0.55um时，镜头的分辨本领为：

$N1=\frac{1490}{f/D}=\frac{1490}{F}\left ( lp/mm \right )$

可见理论分辨本领和镜头的相对孔径成正比。

而镜头的实际分辨本领除了与相对孔径有关外，还与镜头的成像质量有关，即像差。由于像差的存在，实际分辨本领要比理论分辨本领低。

镜头中的百万像素，二百万像素和五百万像素同样是指镜头的空间分辨本领，因为镜头必须配合相机使用，为了方便记忆镜头与相机的匹配关系，人们常采用对应相机的分辨率来命名镜头。这种命名方式其实并不科学，同时给新接触视觉系统的人带来了很多误解，经常会机械的套用百万像素分辨率相机对应百万像素镜头，二百万像素分辨率相机对应二百万像素镜头，而五百万像素分辨本领相机则对应五百万像素镜头。其实镜头与相机对应的并不是相机自身的像素分辨本领（像素数），而是各自的极限空间分辨本领。按目前公开的性能指标来说，百万像素镜头对应的极限空间分辨本领是90线对/mm，二百万像素镜头对应的空间分辨本领是110线对/mm，五百万像素镜头对应的空间分辨本领是160线对/mm，因此百万像素镜头配合相机的极限空间分辨本领必须低于90线对/mm，二百万像素镜头和五百万像素镜头配合相机的原理也相同，而决定相机极限空间分辨率的并不是相机自身的像素分辨率，而是相机的单个像元尺寸大小。