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机器视觉高清摄像机如何选择合适分辨率的镜头

发布时间:2016-7-7   来源:周先生
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  目前百万像素高清相机已越来越多地应用于各个工业检测领域,有100万像素相机、200万像素相机、500万像素相机、1400万像素相机甚至2900万像素相机等等。摄像机的像素高是图像清晰的一个方面,另一方面高像素感光元也要配以高分辨率的镜头才能使高清相机的能力得以体现。

  我们知道,一个镜头有它的最高分辨率N lp/mm,那么根据纳奎斯特采样定理,至少需要配以2N/mm个空间采样点。这个可以这样来理解,1mm内有N条黑白线对,那么就有N条白线和N条黑线总共2N条线。以想机的一个感光元对应以一条白线或黑线,那么摄像机在1mm内需要有2N个感光元来对应N条白线和N条黑线,摄像机的感光元密度就是 2N/mm。这时摄像机感光元件的分辨率和镜头的分辨率正好匹配,谁都没有浪费。同样如果一个摄像机每毫米的像素密度是M点(pixel/mm),那么应该选择一个分辨率是M/2 lp/mm的镜头。

  下面我们举一个例子:有一个200万像素摄像机,像素数为1600×1200=1920000,感光面尺寸是 1/2吋。我们知道1/2吋的感光面它水平尺寸是6.4mm、垂直尺寸是4.8mm,它的水平像素密度是1600/6.4=250 pixel/mm,垂直像素密度是1200/4.8=250 pixel/mm。在这里水平像素密度和垂直像素密度都是250 pixel/mm(水平像素密度和垂直像素密度一样,像素是正方形的,如果像素不是正方形的,镜头分辨率应参考像素密度高的),所以镜头分辨率应选125 lp/mm。如果一个200万像素摄像机感光面尺寸是 1/3吋,1/3吋的感光面它水平尺寸是4.8mm,垂直尺寸是3.6mm,它的水平像素密度是1600/4.8=333.3 pixel/mm,垂直像素密度是1200/3.6=333.3 pixel/mm,所以镜头分辨率应选167 lp/mm。

  通过上面例子我们还看到,一个标为1/2吋的200万像素镜头不适合于1/3吋的200万像素感光面,这一点要有所区别和重视。1/2吋的200万像素镜头分辨率是125 lp/mm,去用于1/3吋的4.8mm×3.6mm感光像面,在水平方向有125×4.8=600线对,对应了1200像元,在垂直方向有125×3.6=450线对,对应了900像元,1200×900=1080000差不多是110万像素。所以把一个标为1/2吋的200万像素镜头用于1/3吋的感光面时只能适合100万像素的感光面,或者说只能当100万像素镜头用。所以光讲百万像素镜头,不讲适用感光元件的尺寸可能信息并不完全,因此对镜头分辨率的描述还是lp/mm比较准确。

  有时摄像机的指标会给出感光像元的尺寸L(mm),那么所对应镜头分辨率的黑白线宽应该都是L(mm),所以黑白两条线对应的一条线对的宽度是2L (mm),那么其倒数1/(2L)(lp/mm)就是镜头的分辨率。比如一个摄像机标出感光元的尺寸是4um,那么所选镜头的极限分辨率线宽(白线或黑线)也应该是4um,一对黑线白线的宽度2×0.004 mm,镜头的分辨率就是1/(2×0.004)=125 lp/mm。

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