レンズと画像の解像度。

解像度の定義とは？なぜ重要なのか？

Resolution defines the sharpness of an image and can indicate advanced camera functions.

There are four types of resolution:

  1. 画素数 解像度
  2. System Resolution
  3. Lens Resolution
  4. 角度分解能

All types of resolution are related and jointly impact computer vision.

なぜ解決は混乱を招くのか？

You're not alone! Even the experts interchangeably use the term "Resolution" when it actually refers to four different technical metrics. We ran across this misunderstanding between Optical Engineers, Image Quality Engineers, Sensor Engineering, and Computer Vision Engineers during a 2018 conversation within the IEEE P2020 working group.

The resolution of a sensor is also closely related to the CMOS sensor format type (e.g. 1/3", 1/2", etc..) which we discuss in a separate article.

解像度としてのメガピクセル

画素数 解像度

画素数解像度は携帯電話業界で一般化したが、最終的な出力/表示画像が50MP以上の解像度を持つことはほとんどないため、50MP以上のカメラでは誤解を招くことが多い。

定義
  • センサー内の光を取り込むフォトダイオードウェルの総数。
  • ディスプレイやプロジェクターの発光素子の総数。
  • デジタル画像に含まれるピクセルの総数。
A 64MP camera sensor produces a final viewed image of only 12 to 16 megapixels
What resolution actually is: the resolution of a camera is not actually 64MP.
正確な使用法：

カメラは64メガピクセルで、12メガピクセルから16メガピクセルの画像を作成する。

不正確な使い方：

カメラは64MP。

解像度としてのSFR

システム解像度とは何か？

システム解像度は、あらゆるデジタル画像の品質を特徴付けることができる。デジタルカメラの生産ラインでは、レンズ、レンズとセンサーのアライメント、画像処理パイプラインが最低品質のしきい値を満たしていることを確認するために頻繁に使用されます。また、異なるカメラや画像処理/圧縮方法のベンチマークにも使用できます。この指標には、レンズ、レンズとセンサーのアライメント、センサー、ADC、およびアナログ+デジタル画像処理パイプラインからの入力が含まれます。

定義
  • 空間周波数応答（Spatial Frequency Response：SFR）は、画像内の勾配を横切るコントラストの変化を測定する。
システン・レゾリューションの計算方法：

Follow ISO12233 or read Imatest's website.

システン・レゾリューションの表現方法

画像の高さあたりの線幅、フィールドの位置、照明を含める。

正確な使用法：

SFRは、1000lux 5000Kの照明下、25°のフィールドアングルで2000LW/PHである。

不正確な使い方：

画像のMTFは2000 LW/PH。

コンピュータビジョンにおけるSFRの影響とは？

Semantic segmentation output degrading as image blur increases, showing the impact of system resolution on computer vision
Semantic segmentation and resolution: image blur directly degrades network output.

From: Vasiljevic, et. Al. "Examining the Impact of Blur on Recognition by Convolutional Networks"

解像度としてのMTF

「光学解像度」は、画像光学エンジニアが使用するもので、システム解像度のインプットである。

光学解像度は光学系の「シャープさ」を特徴づける。MTFは、顕微鏡、結像レンズ、双眼鏡、投影光学系など、焦点式とアフォーカル式の両方の光学系に適用されます。

定義
  • 光学系が2点を解像する能力。
光学的解像度の表現方法：

MTFのパーセンテージ、周波数、フィールド角、波長を含める。

正確な使用法：

このレンズの光軸MTFは、50°の視野角で20%@200LP/mmである。

不正確な使い方：

レンズのMTFは20％。

解像度としての瞬間FoV

「角度分解能」は航空宇宙／防衛産業やコンピューター・ビジョン・エンジニアに使用されている

The angular resolution of a system determines the number of pixels per degree of FoV. Or, the number of pixels per unit distance across an object.

定義
  • 画像の1ピクセルが持つ、物体空間での度数（または分）。
How to Calculate Angular Resolution:

Use Our Advanced Field of View Calculator which includes angular resolution for distortion profiles.

Angular Resolutionの表現方法：

角度分解能と被写界角の両方を含める。

正確な使用法：

この撮像システムの角度分解能は、視野角25°で1°あたり12pxである。

不正確な使い方：

撮像システムの角度分解能は12ピクセル/度。

コンピュータ・ビジョンにおける角度分解能の影響とは？

角度分解能は、ネットワークに入力できる最大のオブジェクトスケールを定義する。性能への影響は直接的である。Dollarらは、歩行者検出器の平均ミス率に直接的な結果を示している。50ピクセル以下では、最新の検出器でも50％の検出ミスがあります。これは、スケールが小さくなるにつれて急速に増加する。

Pedestrian detection miss rate rising sharply as object pixel scale decreases below 50 pixels
Angular resolution and scale for computer vision: detection miss rate climbs as object scale falls.

From: Dollár, et. al. "Pedestrian Detection: An Evaluation of the State of the Art"

解像度としてのメガピクセルとMTFの組み合わせ

レンズ・サプライヤーのマーケティングチームが「効果的な解決策」を採用

有効解像度は、新しいカメラを作成する際にレンズを絞り込むための簡単な方法です。レンズの光学解像度（MTF）は、カメラハードウェアの豊富な経験がないと理解するのが難しい場合があります。多くの経験豊富なカメラエンジニアは、メーカーがMTFチャート/テストでどのようなトリックを使うことができるのかさえ知らないため、実効解像度はシステムレベルの解像度に直接つながる近道となります。

定義
  • レンズの光学解像度が適しているとされるセンサー画素数の解像度。
効果的な解決策をどう表現するか：

画素数とイメージセンサーフォーマットサイズの両方を含む。

正確な使用法：

このレンズは12MP 1/2.3インチセンサーに適している。

不正確な使い方：

レンズは12MP用なので、光学解像度はどの12MPセンサーにも適している。

この誤解を招く指標は、レンズメーカーによって永遠に使われ続け、悪用され続けるだろう。もしあなたがレンズを購入するのであれば、警告を受けたも同然である。

Reference and related links

  • Dollár, et. al. "Pedestrian Detection: An Evaluation of the State of the Art"
  • Vasiljevic, et. Al. "Examining the Impact of Blur on Recognition by Convolutional Networks"

では、コモンランドではレンズについて語るとき、解像度をどのように使っているのだろうか？

レンズサプライヤーとして、私たちは経験的なシステム解像度の測定に基づいた客観的な実効解像度のスコアを提供します。

What matters for performance is the final image quality.

For general lens effective resolution metrics:
  • We perform through-focus ISO12233:2014 measurements using a number of sensors that have different pixel pitch.
  • Then, we find the maximum image circle.
  • After applying the maximum sensor size and aspect ratio, we calculate the total number of pixels.
For effective resolution metrics of each Sensor Format Type:
  • We take the same pixel pitch measurement from the general lens effective resolution.
  • Then, we calculate the number of pixels that would fit on a 4:3 aspect ratio sensor of the specific Format Type.

Four M12 lenses from the Commonlands catalog. Each is rated for effective resolution using the through-focus ISO12233:2014 process described above.

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