在机器视觉中,分辨率作为衡量镜头和相机的重要参数,已被大家熟知。但是,在实际组合应用中,大家知不知道要如何有效匹配镜头分辨率和相机分辨率呢?
首先我们来了解镜头分辨率,及相机分辨率的概念。
01
镜头分辨率
镜头分辨率指的是它能分辨开两个靠近的点物的能力。实际应用中,我们一般用“点物”经镜头成像后的“像”能被分辨的最小距离来表示,小于这个距离,我们就认为是一个点;而大于这个距离我们认为是两个分开的点。除此之外,还有一种表示形式就是每毫米线对数LP/mm。
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。
02
相机分辨率
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。
03
镜头分辨率与相机分辨率的有效分配
方法一
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。
方法二
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。
Tips:
镜头分辨率,只是镜头本身的参数,与相机无关。
相机的分辨率,也只是相机本身的参数,与像元尺寸大小有关,与镜头无关。
两个相互独立的分辨率一定要匹配,才不会浪费了某一方的性能。
无论是镜头还是相机,分辨率只是评价成像质量的参数之一,而且分辨率也不是越高越好,如果要评价整体性能,还要同时综合考虑其他参数及具体应用。
审核编辑:陈陈
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