[工业相机] 分辨率、精度和公差之间的关系

• 作者： 丶布布

文章预览：

• 一. 分辨率（Resolution）

• 1、工业相机的分辨率是如何定义的？
• 2、工业相机的分辨率是如何选择的？

• 二. 精度（Accuracy）

• 1、像素精度（Pixel Accuracy）
• 2、定位精度和重复定位精度（Repeat Precision）

• 三. 公差（Tolerance）
• 四. 课后作业（ Post-Class Exercises）

视觉行业的初学者，甚至是做了1~2年的销售也许还会困惑这样的事情——在拿到检测要求后，不知道根据图纸上的公差，应该选用多少万像素的相机。同时还不明确为什么要三个类似的专有名词来描述同一个事情。

这一期内容就是为了讲明白这一件事情： 分辨率，精度，公差的关系 。从而指导相机的选型。

一. 分辨率（Resolution）

「分辨率」，又称解析度、解像度，可以细分为屏幕分辨率、图像分辨率、打印分辨率和扫描分辨率等。它决定了图像的精细程度，通常表示成每英寸像素（Pixel per inch, ppi）和每英寸点（Dot per inch, dpi），从技术角度说，“像素”（p）只存在于计算机显示领域，而“点”（d）只出现于打印或印刷领域。 摘抄：知乎：分辨率和像素是什么关系？

1、工业相机的分辨率是如何定义的？

区别与上面介绍的分辨率，我们这里所介绍的是「工业相机的分辨率」，它由工业相机所采用的芯片分辨率决定，是芯片靶面排列的像元数量，即表示相机每次采集图像的像素点数（Pixels），下面以Basler acA2440-75um型号的相机为例：

图中相机芯片的水平/垂直分辨率指的是相机采集到的图像水平方向有2448个像素，垂直方向有2048个像素，那么相机的分辨率为2448（px）×2048（px），得到相机的分辨率为500w像素（5MP）。

知识拓展：相机的总像素和有效像素

现在市场上的工业相机像素标识大部分是相机的「总像素」而不是「有效像素」。「总像素」就指的是相机的CCD或CMOS感光芯片出厂时靶面排列的像元总数（是相机理论上所能达到的最大像素）。「有效像素」是指相机拍摄过程中那些用来感光成像的像素。很多情况下，相机CCD或CMOS感光芯片中有一部分像素是并不参与感光成像的（有用来降噪的、用来做全黑的这部分像素），所以有效像素要低于总像素（最大像素）。上图中的分辨率5MP指的是相机的总像素而不是有效像素。

2、工业相机的分辨率是如何选择的？

拿到一个项目，我们首先需要确定的两个指标就是：

1. 相机视野： 通过实际检测物体的大小去确定相机的视野大小；
2. 像素精度： 客户有明确要求（指的是图像上的像素实际大小）；

上面两项指标确定之后，通过公式可求出该选用多大分辨率的相机：

比如，产品规格是20mm×20mm大小，要求像素精度0.014mm/pix，那么我选择的相机视野可以是28mm×28mm，通过28mm÷14μm/pix = 2000pix。可以选用500w分辨率的相机（2448×2048）。

二. 精度（Accuracy）

1、像素精度（Pixel Accuracy）

通过上面选择多大分辨率的相机时，我们使用到了「像素精度」，它表示一个像素在真实世界代表的距离，即一个像素的实际物理尺寸，和分辨率的关系如下：

ps：这里计算的像素精度使用的分辨率是相机上标识的分辨率计算的，也就是上面相机参数图中的水平/垂直分辨率：2448×2048。如果用上面要求的像素精度值0.014mm/pix当做测量精度值，肯定不准确，因为一个像素在大多数情况下无法代表被测物特征。

如下图所示，我们用相机拍摄到一条看似“黑白分明”的边缘，那么这条边是否就是最真实的边缘呢？往往把图像放大并仔细观察就可以发现，“边缘”其实是由一些过渡的像素组成，也就是通常我们说的”边缘”很糊。

如果光源和结构的比较良好，成像质量比较高，成像比较“锐利”，那么“边缘”就更接近真实边缘；反之，如果成像不好，受帧率、曝光、增益以及其它因素影响，找到的“边缘”可能和真实边缘相差很多个像素。

知识拓展：图像像素精度和芯片像元尺寸的关系

• 「像素精度」由视野大小和相机分辨率决定的。视野一定，相机分辨率越大，像素精度越小，那么检测精度会越高。
• 「像元尺寸」由感光芯片大小和相机分辨率决定的。相机分辨率一定，感光芯片越大，像元尺寸越大，单位像元受光面积越大，采集的光信号越多，转为电信号时抗干扰性越好，图像噪点越少。

2、定位精度和重复定位精度（Repeat Precision）

• 标签：定位精度,公差,分辨率,像素,相机,mm,精度
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