? ? ? ?分辨率是成像系統(tǒng)中的關(guān)鍵參數(shù)，但它常被誤解或簡化。在為工業(yè)應(yīng)用選擇相機時，了解分辨率的真正含義及其受其他系統(tǒng)參數(shù)的影響，往往能決定部署成功與失敗的關(guān)鍵。

分辨率實際上告訴你的是什么？

? ? ? ?分辨率的核心指的是傳感器能夠捕獲的離散像素數(shù)量。一臺500萬像素（MP）攝像頭大約有500萬個像素，排列成網(wǎng)格，通常大約是2448 x 2048像素。但原始像素數(shù)只是起點。

? ? ? ?真正的系統(tǒng)分辨率取決于多個因素：傳感器尺寸、像素間距、鏡頭質(zhì)量、照明以及應(yīng)用的具體需求。1200萬像素的攝像頭并不一定比5MP的“更好”。正確的選擇完全取決于你想看到什么。

選擇合適的鏡頭

? ? ? ?在視覺系統(tǒng)中，鏡頭也在決定最終圖像質(zhì)量和分辨率方面起著重要作用。傳感器根據(jù)像素數(shù)設(shè)定理論最大分辨率，鏡頭則控制實際細(xì)節(jié)到達(dá)這些像素的多少。鏡頭解析細(xì)節(jié)的能力通過其調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）來衡量，該函數(shù)顯示其將對比度和銳度從物體傳遞到傳感器的效果。如果鏡頭光學(xué)質(zhì)量差或分辨率不足，畫面會在到達(dá)傳感器前就模糊——這意味著你可能聯(lián)用了2500萬像素的傳感器，但性能只能達(dá)到50萬像素的水平。

彩色與單色

? ? ? ?相機選擇也很重要。彩色相機通常使用拜耳濾鏡陣列，傳感器上的每個像素都覆蓋紅、綠或藍(lán)濾鏡，意味著沒有單個像素能捕捉完整的色彩信息。相反，去色化（或稱“去拜葉化”）算法通過插值鄰近像素的缺失色彩值，重建最終圖像中的每個全彩像素。這一過程本質(zhì)上降低了有效分辨率，因為需要多個傳感器像素才能產(chǎn)生一個真色像素，插值可能會引入偽影或輕微模糊。

? ? ? ?相比之下，單色相機將每個像素都用于捕捉光強且不加濾鏡，從而在相同傳感器尺寸下實現(xiàn)更密集的空間采樣和更高的有效分辨率。這使得單色相機成為追求最大細(xì)節(jié)、邊緣銳利度和尺寸精度的首選。

傳感器：這些規(guī)格意味著什么？

? ? ? ?在查看相機數(shù)據(jù)表時，你會發(fā)現(xiàn)關(guān)于傳感器的幾個關(guān)鍵指標(biāo)。以下是它們對你的申請的含義。

? ? ? ?像素數(shù)（MP）：總像素數(shù)。這定義了傳感器在單幀內(nèi)能夠捕獲的離散圖像數(shù)據(jù)量。更高的像素數(shù)提供更多細(xì)節(jié)，但需要更多的處理能力、存儲和帶寬。

? ? ? ?傳感器尺寸：通常以分?jǐn)?shù)英寸表示（比如1/2.3英寸或2/3英寸）。請注意，這些數(shù)字指的是舊式Vidicon管的光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，而非實際的物理對角線——有些制造商可能會將傳感器尺寸列為有效有效活動面積（mm2）或高度和寬度（毫米）。更大的傳感器通常提供更好的光敏度和更低的噪點。它們還允許淺景深，這在使用變焦鏡頭時非常重要。

像素尺寸：以微米（μm）為單位測量。更大的像素收集更多光，通常靈敏度和信噪比也更好。更小的像素在相同傳感器尺寸下能實現(xiàn)更高分辨率，但在低光環(huán)境下可能顯得吃力。你經(jīng)常會看到像素尺寸為3.45微米、4.8微米或5.5微米的傳感器。

? ? ? ?解決方案：以水平×垂直像素的形式列出（例如1920 x 1080）。這會告訴你輸出圖像的尺寸和寬高比。

? ? ? ?幀率：傳感器在全分辨率下每秒能捕捉多少張圖像。許多傳感器通過丟棄像素或使用降低分辨率模式來實現(xiàn)更高的幀率。

分辨率與速度的權(quán)衡

? ? ? ?更高的分辨率總是伴隨著成本。像素越多，傳輸時間越長，處理負(fù)載越重，存儲需求越大。一臺1200萬像素相機以60幀每秒生成約2.7GB未壓縮數(shù)據(jù)，具體取決于位深和色彩格式。任何處理該吞吐量的視覺系統(tǒng)都必須設(shè)計以管理其接口、處理流水線和存儲之間的高數(shù)據(jù)速率。

? ? ? ?許多應(yīng)用通過匹配實際需求而受益，而非最大化像素數(shù)量。一臺以200幀/秒運行的200萬像素相機，在高速檢查任務(wù)中可能優(yōu)于120萬像素的30幀/秒相機。

最后，確認(rèn)你的鏡頭是否真的能提供傳感器捕捉到的分辨率。檢查MTF曲線在相關(guān)空間頻率下。高M(jìn)TF值表示鏡頭能夠在細(xì)致細(xì)節(jié)下保持對比度，支持高相機分辨率。一顆銳利的鏡頭配合中等分辨率的傳感器，在高分辨率傳感器上會優(yōu)于普通鏡頭。

自動對焦變焦相機：運動中的分辨率

? ? ? ? ?自動對焦變焦相機為分辨率考量增加了另一層復(fù)雜性。這些系統(tǒng)動態(tài)調(diào)整焦距和對焦位置，直接影響目標(biāo)的有效分辨率。

? ? ? ?放大時，你放大的是場景的較小部分。同樣的500萬像素傳感器現(xiàn)在將這些像素分布在更窄的視野中。這提高了你的空間分辨率——即現(xiàn)實世界物體每毫米的像素數(shù)。然而，光學(xué)限制在焦距越長時更加明顯。

? ? ? ?鏡頭質(zhì)量在這里變得至關(guān)重要。即使是最好的傳感器也無法彌補鏡頭質(zhì)量不佳。色差（當(dāng)鏡頭聚焦不同顏色的光時，距離略有不同）、場曲率和MTF衰減都會降低有效分辨率，尤其是在圖像邊緣和最大變焦時。

? ? ? ?自動對焦系統(tǒng)還必須隨著工作距離的變化保持圖像銳利度。對于機器視覺應(yīng)用來說，這意味著你的系統(tǒng)需要足夠的景深來保持特征的焦點，或者足夠快的自動對焦來追蹤移動物體。

我的應(yīng)用需要多大的相機分辨率？

? ? ? ?從你應(yīng)用的測量或檢測目標(biāo)開始。物體大小是多少？你需要可靠檢測到最小的特征或測量變化（d）是多少？

? ? ? ?通過考慮在最小特征上采樣多個像素來確定物體所需的像素大小。推薦采樣因子是至少計入2-3像素以可靠檢測最小細(xì)節(jié)，5-10像素計數(shù)以實現(xiàn)精確測量，例如在計量學(xué)中。

? ? ? ?示例：

? ? ? ?最小特征（d）= 0.5mm，采樣因子（S）= 5像素，視野（H和V）= 150mm

? ? ? ?水平所需的像素：

? ? ? ?在我們的例子中，縱向也需要相同的。因此，相機傳感器必須至少有1500 x 1500像素 = 2250萬像素。

? ? ? ?如果應(yīng)用要求在一定公差范圍內(nèi)進(jìn)行高度精確的測量（最小特征），例如10像素的更高采樣因子將得到以下結(jié)果：

? ? ? ?所需的圖像傳感器需至少提供3000個水平像素和3000個垂直像素，總共900萬像素以滿足要求。

? ? ? ?由于圖像傳感器通常是矩形而非方形，第二個例子至少需要一臺1200萬像素、傳感器為4096 x 3000像素的相機。然后需要查看像素大小。像素尺寸越大，每個像素能捕捉到的光越多，傳感器尺寸越大，價格也越大。

應(yīng)用特定分辨率要求

? ? ? ?不同應(yīng)用對分辨率特性的要求截然不同。CoaXPress和Camera Link等機器視覺接口提供可靠的高帶寬性能，支持高分辨率相機的集成。常見應(yīng)用包括：

? ? ? ?PCB檢測：檢測電路板上0.1毫米的缺陷需要高空間分辨率。你可能需要每個缺陷10-20個像素才能可靠地檢測和分類問題。在100mm視野下，這意味著圖像上有1000-2000像素，換算下來大約是2-400萬像素。更大的電路板或較小的缺陷會讓需求進(jìn)一步提高。

? ? ? ?條形碼讀取：一維條形碼是寬容的。你需要在最窄的條形元素上大約有5到10個像素。對于帶有0.25毫米模塊、工作距離300毫米的Code 128條碼，通常只需1-200萬像素的相機。像數(shù)據(jù)矩陣這樣的二維代碼需要更高的分辨率，尤其是當(dāng)代碼較小或損壞時。

? ? ? ?光學(xué)字符識別（OCR）：文本識別需要足夠的分辨率來區(qū)分相似的字符（如“8”和“B”或“0”和“O”）。一般來說，每個字符高度8-12像素效果不錯。你的鏡頭選擇和傳感器需要允許每個字符使用這么多像素。但如果你是在寬視場內(nèi)讀取序列號，可能需要更高的分辨率來補償鏡頭效應(yīng)。

? ? ? ?機器人自動化：拾取放置應(yīng)用通常能將物體位置和方向精確到1-2毫米以內(nèi)。所需分辨率隨工作區(qū)大小而增長。一個需要1毫米精度的500mm x 500mm工作區(qū)，每個方向至少需要500像素，這意味著相機至少需要0.30萬像素。實際上，你會用2-500萬像素來增強抗噪和亞像素精度。

? ? ? ?測量與計量：這些應(yīng)用通常需要最高分辨率。將50毫米零件測量到±0.01毫米精度，理論分辨率要求高于0.005毫米——即50毫米寬10,000個像素。如果同時檢查整個零件，這意味著大約需要100+百萬像素。更常見的是，工程師使用變焦鏡頭或掃描方法，在實際相機限制內(nèi)實現(xiàn)所需的分辨率。

最好的解決方案是解決你問題的那個

? ? ? ?機器視覺中的分辨率不僅僅是像素數(shù)。它關(guān)乎將傳感器能力與應(yīng)用需求匹配，同時平衡速度、成本和光學(xué)性能。理解傳感器規(guī)格及其如何轉(zhuǎn)化為實際測量能力，使你能夠設(shè)計出能夠提供可靠結(jié)果的視覺系統(tǒng)，而無需增加不必要的復(fù)雜性和成本。

? ? ? ?像CoaXPress這樣的機器視覺接口保證了可靠的高數(shù)據(jù)吞吐量，使得高分辨率攝像機的使用成為可能。Active Silicon的FireBird CoaXPress幀抓取器兼容眾多廠商的機器視覺相機，涵蓋數(shù)百種不同型號。

我們的Harrier系列自動對焦變焦相機包括傳感器分辨率為200萬至800萬像素，傳感器尺寸從1/1.8英寸到1/2.8英寸。提供全高清或4K輸出分辨率和最高55倍光學(xué)變焦選項。我們的團(tuán)隊可以指導(dǎo)您選擇最適合您申請的方案。