在机器视觉中,分辨率作为衡量镜头和相机的重要参数,被大家熟知。但是,在实际组合应用中,大家却不知道要如何有效匹配镜头分辨率和相机分辨率呢?在今天的文章里,我们将进行详细介绍。
镜头分辨率是衡量镜头性能的重要参数,它表示镜头能够分辨的最小细节的能力。镜头分辨率通常以线对/毫米(lp/mm)为单位表示。
镜头之所以存在分辨率,是因为像差和衍射导致的(此处不做详细解释),使从"物"到"像"发生了失真。点物经镜头成像后不再是一点,而变成一个光斑。
相机的分辨率是指单位距离的像用多少个像素来显示。假设像元尺寸大小是2.2μm,搭配0.5x的镜头,在测量22μm的物体时,由于22μm的物经0.5x的镜头后变成11μm的像,所以要用11 μm /2.2 μm =5个pixel来显示,因此,单位距离的像要用11÷2.2/11=1/2.2个像素来显示。即相机图像分辨率为1/2.2 pixel/μm(实际就是像元尺寸的倒数)。从这个推导中我们得出:像元尺寸越小,相机的分辨率越高。
在了解了各自的概念后,我们要如何匹配镜头分辨率跟相机分辨率呢?有没有一些方便又有效的匹配方法呢?
我们产品参数表中标记的分辨率为镜头的物方分辨率;用物方分辨率乘以放大倍率,得到像方分辨率;用算得的像方分辨率跟2倍的像元尺寸作比较:① 如果镜头像方分辨率=2倍的像元尺寸,说明匹配刚刚好,谁都不浪费
② 如果镜头像方分辨率>2倍的像元尺寸,则浪费了相机的分辨率。
③ 如果镜头像方分辨率<2倍的像元尺寸,则浪费了镜头的分辨率。
经透镜成的光学图像,本身是一个拥有无穷多个点的模拟信号。但在图像接收器(CCD或CMOS)接收过程中,由于像素和像素之间的间距形成了离散采样。采样定律也叫Shannon采样定律,告诉我们对于频率为f的模拟信号,为了不失真的恢复它,我们至少要用2f的频率来采样。
本文的前面部分,我们介绍过:镜头分辨率的另一种表示形式是空间频率,即每毫米的线对数LP/mm。因此,假设镜头的分辨率是n LP/mm,那么我们必须保证每毫米有2n个像素才行。这样才能充分发挥镜头的分辨能力。例如:茉丽特ML-MC-XR系列和ML-M-UR系列都标注了分辨率是200LP/mm, 所以用每毫米有400个像素的芯片来接收图像,才不会浪费镜头的分辨率,而每毫米400个像素,计算下来像元尺寸大小差不多2.2 μm,这也就是为什么我们会同时标注该款镜头支持2.2 μm像元。