मेगापिक्सेल से परे: वास्तव में कैमरा लेंस रिज़ॉल्यूशन क्या निर्धारित करता है

एक विशिष्टता है जो लगभग हर आधुनिक कैमरा डेटाशीट पर दिखाई देती है:

मेगापिक्सेल.

5MP. 8MP. 12MP. 24MP.

संख्या को समझना आसान है, तुलना करना आसान है और विपणन करना बहुत आसान है।

लेकिन यदि आपने कैमरा सिस्टम विकसित करने में पर्याप्त समय बिताया है, तो अंततः आपको एक असुविधाजनक प्रश्न का सामना करना पड़ेगा:

क्या लेंस वास्तविक हो सकता है?क्या यह निश्चित है कि सेंसर क्या कैप्चर करने में सक्षम है?

यहीं पर चीजें और अधिक दिलचस्प हो जाती हैं।

8MP सेंसर स्वचालित रूप से आपको 8MP-गुणवत्ता वाली छवि नहीं देता है। सेंसर नमूनाकरण क्षमता प्रदान करता है, लेकिन लेंस को उन पिक्सल के उपयोगी होने के लिए पर्याप्त ऑप्टिकल विवरण प्रदान करना पड़ता है।

दूसरे शब्दों में, कैमरा सेंसर मेगापिक्सेल के बीच प्रतिस्पर्धा नहीं करता है।

यह एक सिस्टम है.

और लेंस उस प्रणाली के सबसे महत्वपूर्ण भागों में से एक है।

सेंसर रेजोल्यूशन बनाम ऑप्टिकल रेजोल्यूशन

आइए एक साधारण अंतर से शुरू करें।

सेंसर संकल्पवर्णन करता है कि सेंसर में कितने पिक्सेल हैं।

ऑप्टिकल रिज़ॉल्यूशनवर्णन करता है कि लेंस वास्तव में कितना स्थानिक विवरण पुन: प्रस्तुत कर सकता है।

ये दोनों विशिष्टताएँ संबंधित हैं, लेकिन वे एक ही चीज़ नहीं हैं।

दूर स्थित लाइसेंस प्लेट की तस्वीर लेने की कल्पना करें।

8MP सेंसर में प्लेट को रिकॉर्ड करने के लिए बहुत सारे पिक्सेल उपलब्ध हो सकते हैं। लेकिन यदि लेंस कम-कंट्रास्ट, धुंधली छवि बनाता है, तो वे पिक्सेल जादुई रूप से पात्रों का पुनर्निर्माण नहीं कर सकते हैं।

आप धुंधलेपन का वर्णन करने वाले अधिक पिक्सेल के साथ समाप्त हो सकते हैं।

यह अधिक विवरण के समान नहीं है।

यही कारण है कि पुराने या खराब मिलान वाले लेंस के पीछे उच्च-रिज़ॉल्यूशन सेंसर लगाने से निराशाजनक परिणाम मिल सकते हैं।

सेंसर नया हो सकता है.

छवि नहीं हो सकती.

पिक्सेल आकार ऑप्टिकल चुनौती को बदल देता है

एक अन्य कारक जिस पर इंजीनियरों को तेजी से विचार करने की आवश्यकता है वह है पिक्सेल आकार।

जैसे-जैसे सेंसर तकनीक आगे बढ़ती है, निर्माता एक ही भौतिक क्षेत्र में अधिक पिक्सेल फिट कर सकते हैं।

यह एक स्पष्ट सुधार जैसा लगता है।

लेकिन एक समझौता है.

छोटे पिक्सेल का मतलब है कि सेंसर का पूरा लाभ उठाने के लिए ऑप्टिकल सिस्टम को बारीक विवरण पुन: प्रस्तुत करने की आवश्यकता हो सकती है।

उदाहरण के लिए, अपेक्षाकृत बड़े पिक्सेल पिच का उपयोग करने वाला कैमरा बेहद छोटे पिक्सेल और बहुत अधिक पिक्सेल घनत्व वाले सेंसर की तुलना में लेंस पर कम मांग कर सकता है।

यह कैमरा विकास के दौरान एक महत्वपूर्ण प्रश्न उत्पन्न करता है:

क्या लेंस का रिज़ॉल्यूशन सेंसर की पिक्सेल पिच के लिए पर्याप्त है?

एक लेंस जो पुराने सेंसर के साथ पूरी तरह से अच्छा प्रदर्शन करता है, वह नए, सघन सेंसर के साथ जोड़े जाने पर स्वचालित रूप से समान व्यावहारिक प्रदर्शन नहीं दे सकता है।

यह एक कारण है कि लेंस का चयन सेंसर चयन के साथ-साथ किया जाना चाहिए न कि लेंस को बाद में लिया गया विचार माना जाए।

एमटीएफ मेगापिक्सेल लेबल से अधिक क्यों मायने रखता है?

यदि आप वास्तविक ऑप्टिकल रिज़ॉल्यूशन को समझना चाहते हैं, तो अंततः आपको इसके बारे में बात करने की ज़रूरत हैएमटीएफ - मॉड्यूलेशन ट्रांसफर फ़ंक्शन।

यह शब्दावली डराने वाली लगती है।

मूल विचार यह नहीं है.

एमटीएफ वर्णन करता है कि एक ऑप्टिकल सिस्टम विवरण के विभिन्न स्तरों पर कंट्रास्ट को कितनी अच्छी तरह संरक्षित करता है।

तेजी से महीन काली और सफेद रेखाओं की एक श्रृंखला की तस्वीर खींचने के बारे में सोचें।

बड़े, आसानी से दिखने वाले पैटर्न में, लगभग कोई भी अच्छा लेंस उन्हें पुन: पेश कर सकता है।

जैसे-जैसे रेखाएँ महीन होती जाती हैं, लेंस धीरे-धीरे कंट्रास्ट खोता जाता है।

एक मजबूत ऑप्टिकल सिस्टम सूक्ष्म-विस्तार सीमा में उपयोगी कंट्रास्ट को बनाए रखता है।

एमटीएफ इंजीनियरों को इसी का मूल्यांकन करने में मदद करता है।

यही कारण है कि एक गंभीर लेंस विशिष्टता यहीं नहीं रुकनी चाहिए:

“8MP को सपोर्ट करता है।”

एक बेहतर मूल्यांकन पूछता है:

एमटीएफ का प्रदर्शन क्या है?

किस स्थानिक आवृत्तियों पर?

यह केंद्र में कैसा प्रदर्शन करता है?

किनारे की ओर क्या होता है?

क्या इच्छित एपर्चर पर प्रदर्शन स्थिर रहता है?

वे प्रश्न आपको वास्तविक ऑप्टिकल सिस्टम के बारे में बहुत कुछ बताते हैं।

केंद्र संकल्प पूरी कहानी नहीं है

लेंस को प्रभावशाली दिखाने का सबसे आसान तरीका एक बहुत तेज केंद्र छवि दिखाना है।

समस्या यह है कि कैमरे केवल केंद्र की तस्वीर नहीं लेते।

वाइड-एंगल सुरक्षा कैमरे, ऑटोमोटिव कैमरे, ड्रोन कैमरे और रोबोटिक्स सिस्टम अक्सर परिधीय छवि जानकारी पर बहुत अधिक निर्भर होते हैं।

एक लेंस उत्कृष्ट केंद्र तीक्ष्णता प्रदान कर सकता है लेकिन किनारों के पास काफ़ी कमज़ोर प्रदर्शन करता है।

यह प्रभावित कर सकता है:

वस्तु का पता लगाना

चेहरे की पहचान

वाहन पहचान

दृश्य समझ

मशीन दृष्टि निरीक्षण

उदाहरण के लिए, पार्किंग स्थल पर नज़र रखने वाले सुरक्षा कैमरे में छवि के किनारे के पास एक वाहन प्रवेश कर सकता है।

यदि केंद्र शानदार दिखता है लेकिन किनारे नरम हैं, तो कैमरे का प्रभावशाली रिज़ॉल्यूशन विनिर्देश पूरी कहानी नहीं बताता है।

इंजीनियरों के लिए, अधिक उपयोगी प्रश्न यह है:

छवि पर लेंस कितना समान रूप से कार्य करता है?

विपथन चुपचाप विवरण चुरा लेते हैं

ऑप्टिकल विपथन एक अन्य कारण है जिससे उच्च मेगापिक्सेल कैमरा अपेक्षित छवि गुणवत्ता प्रदान करने में विफल हो सकता है।

सामान्य समस्याओं में शामिल हैं:

गोलाकार विपथन

रंगीन विपथन

कोमा

दृष्टिवैषम्य

क्षेत्र वक्रता

परिणाम को समझने के लिए आपको ऑप्टिकल डिजाइनर होने की आवश्यकता नहीं है।

व्यावहारिक परिणाम सरल है:

विवरण कम सटीक हो जाते हैं.

किनारे कंट्रास्ट खो सकते हैं. बारीक संरचनाएँ रंगीन या धँसी हुई दिखाई दे सकती हैं। कोने नरम हो सकते हैं.

इसलिए आधुनिक ऑप्टिकल डिज़ाइन में फोकल लंबाई और एपर्चर चुनने से कहीं अधिक शामिल है।

ऑप्टिकल सिस्टम को एक साथ कई कारकों को संतुलित करना होता है।

विरूपण भी एक छवि-गुणवत्ता मुद्दा है

विकृति को कभी-कभी विशुद्ध रूप से दृश्य समस्या के रूप में माना जाता है।

यह हमेशा नहीं होता.

एक आकस्मिक तस्वीर के लिए, घुमावदार सीधी रेखाएँ अनाकर्षक लग सकती हैं।

मशीन विज़न या एआई अनुप्रयोगों के लिए, ज्यामिति मायने रख सकती है।

महत्वपूर्ण विरूपण वाला एक वाइड-एंगल लेंस किनारे के पास की वस्तुओं को उनके वास्तविक आकार और स्थिति से बहुत अलग दिखा सकता है।

इसका मतलब यह नहीं है कि हर एप्लिकेशन को अल्ट्रा-लो डिस्टॉर्शन की आवश्यकता होती है।

एक सुरक्षा कैमरा अधिक व्यापक दृश्य क्षेत्र के बदले में कुछ विरूपण को उचित रूप से स्वीकार कर सकता है।

एक औद्योगिक माप प्रणाली नहीं हो सकती है।

फिर, ऑप्टिकल इंजीनियरिंग व्यापार-बंद के बारे में है।

"सर्वश्रेष्ठ" लेंस इस बात पर निर्भर करता है कि कैमरे को क्या करना चाहिए।

क्यों "8MP लेंस" अधूरा विवरण है?

यह शायद सबसे महत्वपूर्ण बिंदु है.

वाक्यांश "8MP लेंस"विपणन के लिए उपयोगी है, लेकिन तकनीकी रूप से अधूरा है।

संकल्प इनके बीच के संबंध से प्रभावित होता है:

लेंस

सेंसर

पिक्सेल आकार

छिद्र

छवि वृत्त

सीआरए

छवि प्रसंस्करण

प्रकाश की स्थिति

एक लेंस अलगाव में मौजूद नहीं है.

एक विशेष लेंस एक सेंसर के साथ बहुत अच्छा प्रदर्शन कर सकता है और दूसरे के साथ कम प्रभावी ढंग से काम कर सकता है क्योंकि ऑप्टिकल आवश्यकताएं बदल गई हैं।

यही कारण है कि अनुभवी कैमरा इंजीनियर आमतौर पर लेंस को मंजूरी देने से पहले सेंसर मॉडल और ऑप्टिकल आवश्यकताओं के बारे में पूछते हैं।

एक आपूर्तिकर्ता जो बिना कुछ पूछे तुरंत कहता है "हां, यह लेंस 8MP को सपोर्ट करता है" हो सकता है कि वह इंजीनियरिंग प्रश्न के बजाय बिक्री प्रश्न का उत्तर दे रहा हो।

तो इंजीनियरों को उच्च-रिज़ॉल्यूशन लेंस का मूल्यांकन कैसे करना चाहिए?

मेगापिक्सेल से शुरू करने के बजाय, मैं एप्लिकेशन से शुरू करने की सलाह देता हूं।

पूछना:

1. कौन सा सेंसरउपयोग किया जाएगा?

सेंसर प्रारूप और पिक्सेल आकार ऑप्टिकल आवश्यकताओं को स्थापित करते हैं।

2. किस क्षेत्र का दृश्य आवश्यक है?

वाइड-एंगल डिज़ाइन नैरो-एंगल लेंस से भिन्न चुनौतियाँ पेश करता है।

3. किस स्तर का विवरण वास्तव में मायने रखता है?

कई मीटर दूर से किसी व्यक्ति की पहचान करने वाले सुरक्षा कैमरे की आवश्यकताएं एक छोटे घटक का निरीक्षण करने वाले मशीन विज़न कैमरे से भिन्न होती हैं।

4. एज परफॉर्मेंस कितनी महत्वपूर्ण है?

कई वाइड-एंगल प्रणालियों के लिए, यह महत्वपूर्ण है।

5. इच्छित एपर्चर पर क्या होता है?

जब एक लेंस को खुला रखकर चलाया जाता है तो उसकी तुलना में जब उसे नीचे की ओर दबाया जाता है तो वह अलग तरह से काम कर सकता है।

6. एमटीएफ डेटा क्या दर्शाता है?

यह अकेले मेगापिक्सेल लेबल की तुलना में कहीं अधिक उपयोगी जानकारी प्रदान करता है।

"उच्च रिज़ॉल्यूशन" का वास्तविक अर्थ

एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन लेंस केवल एक लेंस नहीं है जिसके बगल में एक उच्च संख्या मुद्रित होती है।

यह एक ऑप्टिकल सिस्टम है जो इच्छित परिचालन स्थितियों के तहत, आवश्यक छवि क्षेत्र में पर्याप्त कंट्रास्ट के साथ बारीक विवरण पुन: पेश कर सकता है।

यह बहुत कठिन इंजीनियरिंग समस्या है।

और ईमानदारी से कहें तो, यही कारण है कि स्पष्ट रूप से समान विशिष्टताओं वाले दो लेंसों की कीमतें बहुत भिन्न हो सकती हैं।

आप केवल अधिक गिलास के लिए भुगतान नहीं कर रहे हैं।

आप ऑप्टिकल डिज़ाइन, सहनशीलता, सामग्री, विनिर्माण सटीकता, कोटिंग, असेंबली और परीक्षण के लिए भुगतान कर रहे हैं।

बोशी ऑप्टिक्स में, सुरक्षा निगरानी और ऑटोमोटिव इमेजिंग से लेकर मेडिकल इमेजिंग, स्मार्ट डिवाइस और अन्य कैमरा सिस्टम तक के अनुप्रयोगों के लिए ऑप्टिकल समाधान विकसित किए जाते हैं। कंपनी के उत्पाद पोर्टफोलियो में विभिन्न सेंसर प्रारूप, रिज़ॉल्यूशन, दृश्य क्षेत्र, एपर्चर और ऑप्टिकल संरचनाओं वाले लेंस शामिल हैं, जो इस वास्तविकता को दर्शाते हैं कि प्रत्येक कैमरे के लिए एक भी "सर्वश्रेष्ठ" लेंस नहीं है।

अंतिम विचार: पिक्सेल गिनना बंद करें, जानकारी देखना शुरू करें

मेगापिक्सेल उपयोगी हैं.

वे आपको बताते हैं कि एक सेंसर कितने पिक्सेल प्रदान कर सकता है।

लेकिन वे आपको यह नहीं बताते कि ऑप्टिकल सिस्टम उन पिक्सल तक कितनी उपयोगी जानकारी पहुंचा सकता है।

यही कारण है कि अनुभवी इंजीनियर कैमरा बॉक्स पर अंकित संख्या से परे भी देखते हैं।

वे एमटीएफ को देखते हैं।

वे पिक्सेल आकार देखते हैं.

वे सेंटर-टू-एज प्रदर्शन को देखते हैं।

वे विपथन, विकृति, रोशनी और सेंसर अनुकूलता को देखते हैं।

सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि वे वास्तविक छवि को देखते हैं।

क्योंकि आख़िरकार, ग्राहक 8 मिलियन पिक्सेल नहीं खरीदते हैं।

वे वे विवरण खरीदते हैं जिन्हें उन पिक्सेल को दिखाना चाहिए।