Ngoài Megapixel: Tìm hiểu độ phân giải quang học thực

Tại sao nhiều Megapixel hơn không phải lúc nào cũng có nghĩa là hình ảnh tốt hơn

Khi chọn hệ thống camera, nhiều khách hàng thường tập trung vào một thông số kỹ thuật trước tiên:

Máy ảnh có bao nhiêu megapixel?

Camera 4MP cho âm thanh tốt hơn camera 2MP.

Camera 8MP cho âm thanh tốt hơn camera 5MP.

Điều này cũng dễ hiểu vì megapixel rất dễ so sánh.

Tuy nhiên, sau nhiều năm làm việc với hệ thống quang học, có một điều trở nên rất rõ ràng:

Nhiều megapixel hơn không tự động tạo ra nhiều chi tiết hơn.

Chất lượng hình ảnh cuối cùng phụ thuộc vào toàn bộ hệ thống hình ảnh, bao gồm cảm biến, ống kính, thuật toán xử lý hình ảnh và thậm chí cả môi trường chụp ảnh.

Trong số tất cả những yếu tố này, ống kính thường là thành phần bị đánh giá thấp nhất.

Cảm biến có độ phân giải cao chỉ có thể ghi lại những chi tiết mà ống kính mang lại.

Nếu ống kính không thể phân giải đủ thông tin, những pixel bổ sung đó chỉ đơn giản là ghi lại hình ảnh mờ với nhiều dữ liệu hơn.

Sự khác biệt giữa độ phân giải cảm biến và độ phân giải quang học

Một hiểu lầm phổ biến trong ngành công nghiệp máy ảnh là:

Cảm biến 8MP = chất lượng hình ảnh 8MP

Nhưng điều này không phải lúc nào cũng đúng.

Cảm biến xác định có bao nhiêu pixel để thu thập thông tin.

Ống kính xác định liệu thông tin đó có thực sự được truyền tới cảm biến một cách rõ ràng hay không.

Hãy tưởng tượng bạn sử dụng cảm biến máy ảnh cao cấp phía sau ống kính chất lượng thấp. Cảm biến có thể chứa hàng triệu điểm ảnh nhưng ảnh chụp vẫn có thể bị mờ do hệ thống quang học không thể tái tạo chi tiết tốt.

Nó tương tự như việc có một màn hình máy tính có độ phân giải cao nhưng hiển thị hình ảnh chất lượng thấp. Màn hình có khả năng hiển thị chi tiết nhưng thiếu thông tin gốc.

Đây là lý do tại sao các kỹ sư thường nói:

Ống kính là bước đầu tiên của chất lượng hình ảnh.

Điều gì quyết định độ phân giải quang học thực sự?

Độ phân giải quang học thực sự không được xác định chỉ bằng số megapixel.

Một số yếu tố quang học ảnh hưởng đến hiệu suất hình ảnh cuối cùng.

1. Hiệu suất MTF

MTF (Chức năng truyền điều chế) là một trong những chỉ số quan trọng nhất về hiệu suất quang học.

Giải thích một cách đơn giản, MTF cho thấy ống kính có thể tái tạo chi tiết tốt như thế nào với các mức độ tương phản khác nhau.

Một ống kính có hiệu suất MTF tốt có thể duy trì các cạnh rõ ràng hơn, kết cấu mịn hơn và độ tương phản tốt hơn.

Đối với các ứng dụng như giám sát an ninh, kiểm tra công nghiệp, robot và tầm nhìn AI, MTF thường có ý nghĩa hơn nhãn megapixel đơn giản.

Máy ảnh không cần nhiều pixel hơn nếu những pixel đó không thể ghi lại thông tin hữu ích.

2. Độ sắc nét của cạnh

Nhiều thông số kỹ thuật của ống kính tập trung vào độ phân giải trung tâm.

Tuy nhiên, hình ảnh thực tế không chỉ là trung tâm.

Đối với camera an ninh góc rộng, camera drone và hệ thống thị giác thông minh, hiệu suất biên cũng quan trọng không kém.

Ống kính có thể trông sắc nét ở giữa nhưng mất chi tiết ở các góc.

Điều này có thể ảnh hưởng đến:

 Nhận dạng đối tượng

 Khâu hình ảnh

 Độ chính xác phát hiện AI

 Phân tích cảnh

Hệ thống quang học được thiết kế tốt sẽ duy trì độ sắc nét cân bằng trên toàn bộ hình ảnh.

3. Kết hợp cảm biến và ống kính

Một ống kính tốt phải phù hợp với cảm biến.

Mối quan hệ giữa ống kính và cảm biến bao gồm nhiều yếu tố:

Kích thước cảm biến

Kích thước pixel

Vòng tròn hình ảnh

CRA (Góc tia chính)

 Yêu cầu giải quyết

Việc sử dụng cảm biến có độ phân giải cao với ống kính không phù hợp có thể dẫn đến các vấn đề như:

 Giảm độ rõ của góc

 Họa tiết

Độ đồng đều độ sáng kém

Chất lượng hình ảnh thấp hơn mong đợi

Chọn ống kính máy ảnh không chỉ đơn giản là chọn tiêu cự.

Đó là lựa chọn một hệ thống quang học hoạt động cùng với cảm biến.

Tại sao điều này lại quan trọng hơn trong các ứng dụng AI Vision

Ngày nay, máy ảnh ngày càng thông minh hơn.

Camera an ninh, robot, hệ thống tự động và thiết bị công nghiệp ngày càng dựa vào thuật toán AI để hiểu hình ảnh.

Tuy nhiên, hiệu suất AI phụ thuộc rất nhiều vào chất lượng hình ảnh đầu vào.

Độ phân giải quang học kém có thể gây ra vấn đề:

 Làm mờ ranh giới đối tượng

 Thiếu chi tiết nhỏ

 Giảm độ tin cậy trong nhận dạng

Thêm nhiều cảnh báo sai

Thuật toán AI không thể khôi phục thông tin chưa từng được ống kính ghi lại.

Phần mềm tốt hơn không thể bù đắp hoàn toàn cho khả năng quang học kém.

Đây là lý do tại sao hiện nay nhiều kỹ sư chú ý hơn đến hiệu suất quang học trước khi chọn cảm biến có số điểm ảnh cao hơn.

Câu hỏi đúng không phải là “Có bao nhiêu Megapixel?”

Khi phát triển một sản phẩm máy ảnh, câu hỏi quan trọng nhất không phải là:

“Chúng tôi có thể hỗ trợ bao nhiêu megapixel?”

Một câu hỏi hay hơn là:

“Hệ thống hình ảnh thực sự có thể thu được bao nhiêu thông tin hữu ích?”

Một hệ thống camera cân bằng cần có sự hợp tác giữa:

 Cảm biến chất lượng cao

Ống kính được thiết kế phù hợp

 Chiếu sáng phù hợp

 Xử lý hình ảnh hiệu quả

Một camera 5MP với hiệu suất quang học xuất sắc đôi khi có thể cho kết quả thực tế tốt hơn so với camera 8MP kết hợp với ống kính không phù hợp.

Nhiều pixel hơn chỉ có giá trị khi hệ thống quang học có thể tận dụng chúng.

Chọn đối tác ống kính quang học phù hợp

Đối với các nhà sản xuất máy ảnh và nhà phát triển hệ thống, việc lựa chọn nhà cung cấp ống kính không chỉ là tìm kiếm một sản phẩm có thông số kỹ thuật chính xác.

Đối tác quang học đáng tin cậy nên hiểu:

Kết hợp cảm biến

Thiết kế quang học

 Yêu cầu giải quyết

Môi trường ứng dụng

 Tính nhất quán trong sản xuất

TạiQuang học Boshi, chúng tôi tập trung phát triển các giải pháp quang học cho camera an ninh, hệ thống thị giác AI, máy bay không người lái, hình ảnh ô tô, thiết bị y tế và các ứng dụng camera khác.

Cách tiếp cận của chúng tôi rất đơn giản:

Đừng đuổi theo những con số trên bảng thông số kỹ thuật.

Tập trung vào việc mang lại hiệu suất hình ảnh thực.

Bởi vì cuối cùng, khách hàng không mua megapixel.

Họ mua hình ảnh rõ ràng hơn, nhận diện tốt hơn và thông tin trực quan đáng tin cậy hơn.