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机器视觉系统搭建白皮书(二)工业相机的分辨率和感光芯片

发布时间:2021-11-05

                                                                                                               分辨率和感光芯片
    某个应用需要什么相机?这个问题的答案可以引申出相机需要的分辨率和感光芯片大小这两个概念。
什么是分辨率呢?在传统摄影中,分辨率指的是可以在图像内分辨出的两个点或线之间的实际最小距离。但是在讨论数字相机时,我们经常会说相机的分辨率为 2 百万像素等等。不过,这仅仅是指感光芯片上的像素数,而不是分辨率。实际分辨率是由相机、镜头以及例如相机和目标物体之间的距离等几何要素所组成的总体所决定。提高分辨率的确需要增加像素数,两者息息相关,像素数表示的是最佳条件下可实现的最大分辨率。在工业图像处理中,我们通常以单个像素代表的面积大小或被检测目标物体的尺寸大小来作为整个系统的分辨率。这个面积的大小或者尺寸的大小常被称之为“像素分辨率”。例如,如果一个像素表示的是0.1 mm*0.1 mm大的正方形,则可以判断为该像素分辨率为 0.1 mm。针对被测产品的具体检测细节要求工业相机的分辨率像素一定高于该检测细节的分辨率大小。如果分辨率刚好等于细节大小,则细节将以一个像素呈现,无法让人清楚地识别到细节的结构。像素分辨率是通过公式的计算而得出的一个值,不一定刚好就等于实际像素的分辨率。相机前端的光学元件比如镜头所能提供的最大分辨率也是需要考虑的因素。换句话说,分辨率低的工业镜头将会工业使相机的实际分辨率比理论分辨率低。
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    视场,即相机拍摄的图像实际覆盖的面积大小。视场至少应该覆盖目标物体。。例如,应用中测量尺寸的误差范围为 10 mm,那么分辨率必须显著高于尺寸公差即每个像素表示 0.05 mm。如果目标物体的大小约为 200 mm,那么所选相机的感光芯片必须在每个长度方向都至少长达 200 mm/(0.05 mm/像素)= 4000 个像素,即 VGA 分辨率。,如果指定的不是尺寸误差,而是形状误差,又或者是多个目标物体要以同一分辨率进行同步测量,那相机的像素要求将成倍上涨。更高的分辨率或者更大的检测范围,则需要更多的像素数。要以高分辨率检测大面积,可能需要多台相机。在多数情况下,使用单台相机搭配特殊镜头来满足苛刻拍摄要求的,还不如使用多个相机
搭配标准镜头更具经济效益。用户可通过感光芯片尺寸和视场计算出放大倍数,将其作为之后选择镜头时的重要考量。如果是拍摄移动的目标或者片状物体卷材,线阵相机通常是的最佳选择。线阵相机只能拍摄单条线,即一行像素。如果在相机下的目标物体持续移动,拍摄的线将由系统后端的计算机硬件拼凑成一张完整的图像。若目标物体移动速度快,则相机的扫描速度必须跟上其速度才能有效成像。线阵相机通常也用在有特殊搬运要求或触发环境下,或需要搭配特殊的图像采集卡时。不过,大多数情况下,GigE 或 USB3 Vision 等具有高性价比标准接口的面阵相机已足够。高速相机也备有广泛的分辨率和灵敏度可供选择,您可使用这些相机快速处理各种极具挑战性的任务。

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