乾貨篇|如何選擇合適的相機解析度和鏡頭?

2022年12月23日17:19:04 美女 1725

在機器視覺中,解析度作為衡量鏡頭和相機的重要參數,已被大家熟知。但是,在實際組合應用中,大家知不知道要如何有效匹配鏡頭解析度和相機解析度呢?

首先我們來了解鏡頭解析度,及相機解析度的概念。

鏡頭解析度

鏡頭解析度指的是它能分辨開兩個靠近的點物的能力。實際應用中,我們一般用「點物」經鏡頭成像後的「像」能被分辨的最小距離來表示,小於這個距離,我們就認為是一個點;而大於這個距離我們認為是兩個分開的點。除此之外,還有一種表示形式就是每毫米線對數LP/mm。

鏡頭之所以存在解析度,是因為像差和衍射導致的(此處不做詳細解釋),使從「物」到「像」發生了失真。點物經鏡頭成像後不再是一點,而變成一個光斑。

相機解析度

相機的解析度是指單位距離的像用多少個像素來顯示。

假設像元尺寸大小是2.2μm,搭配0.5x的鏡頭,在測量22μm的物體時,由於22μm的物經0.5x的鏡頭後變成11μm的像,所以要用11 μm /2.2 μm =5個pixel來顯示,因此,單位距離的像要用11÷2.2/11=1/2.2個像素來顯示。即相機圖像解析度為1/2.2 pixel/μm(實際就是像元尺寸的倒數)。從這個推導中我們得出:像元尺寸越小,相機的解析度越高。

在了解了各自的概念後,我們要如何匹配鏡頭解析度跟相機解析度呢?

有沒有一些方便又有效的匹配方法呢?

鏡頭解析度與相機解析度的有效分配

方法一

我們產品參數表中標記的解析度為鏡頭的物方解析度;用物方解析度乘以放大倍率,得到像方解析度;用算得的像方解析度跟2倍的像元尺寸作比較:

1) 如果鏡頭像方解析度=2倍的像元尺寸,說明匹配剛剛好,誰都不浪費。

2)如果鏡頭像方解析度>2倍的像元尺寸,則浪費了相機的解析度。

3)如果鏡頭像方解析度<2倍的像元尺寸,則浪費了鏡頭的解析度。

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方法二

經透鏡成的光學圖像,本身是一個擁有無窮多個點的模擬信號。但在圖像接收器(CCD或CMOS)接收過程中,由於像素和像素之間的間距形成了離散採樣。採樣定律也叫Shannon採樣定律,告訴我們對於頻率為f的模擬信號,為了不失真的恢復它,我們至少要用2f的頻率來採樣。

本文的前面部分,我們介紹過:鏡頭解析度的另一種表示形式是空間頻率,即每毫米的線對數LP/mm。因此,假設鏡頭的解析度是n LP/mm,那麼我們必須保證每毫米有2n個像素才行。這樣才能充分發揮鏡頭的分辨能力。

例如:茉麗特ML-MC-XR系列和ML-M-UR系列都標註了解析度是200LP/mm, 所以用每毫米有400個像素的晶元來接收圖像,才不會浪費鏡頭的解析度,而每毫米400個像素,計算下來像元尺寸大小差不多2.2 μm,這也就是為什麼我們會同時標註該款鏡頭支持2.2 μm像元。

Tips:

  • 鏡頭解析度,只是鏡頭本身的參數,與相機無關。
  • 相機的解析度,也只是相機本身的參數,與像元尺寸大小有關,與鏡頭無關。
  • 兩個相互獨立的解析度一定要匹配,才不會浪費了某一方的性能。
  • 無論是鏡頭還是相機,解析度只是評價成像質量的參數之一,而且解析度也不是越高越好,如果要評價整體性能,還要同時綜合考慮其他參數及具體應用。

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