干货篇 | 分辨率详解

在机器视觉中，分辨率作为衡量镜头和相机的重要参数，被大家熟知。但是，在实际组合应用中，大家知不知道要如何有效匹配镜头分辨率和相机分辨率呢？在今天的文章里，我们将进行详细介绍。

在进入正式主题前，我们先分别来了解镜头分辨率，及相机分辨率的概念。

镜头分辨率
镜头分辨率指的是它能分辨开两个靠近的点物的能力。实际应用中，我们一般用“点物”经镜头成像后的“像”能被分辨的最小距离来表示，小于这个距离，我们就认为是一个点；而大于这个距离我们认为是两个分开的点。除此之外，还有一种表示形式就是每毫米线对数LP/mm。
 
镜头之所以存在分辨率，是因为像差和衍射导致的（此处不做详细解释），使从“物”到“像”发生了失真。点物经镜头成像后不再是一点，而变成一个光斑。

相机分辨率
相机的分辨率是指单位距离的像用多少个像素来显示。假设像元尺寸大小是2.2μm，搭配0.5x的镜头，在测量22μm的物体时，由于22μm的物经0.5x的镜头后变成11μm的像，所以要用11 μm /2.2 μm =5个pixel来显示，因此，单位距离的像要用11÷2.2/11=1/2.2个像素来显示。即相机图像分辨率为1/2.2 pixel/μm（实际就是像元尺寸的倒数）。从这个推导中我们得出：像元尺寸越小，相机的分辨率越高。

在了解了各自的概念后，我们要如何匹配镜头分辨率跟相机分辨率呢？有没有一些方便又有效的匹配方法呢？

镜头分辨率与相机分辨率的有效匹配

方法一

我们产品参数表中标记的分辨率为镜头的物方分辨率；用物方分辨率乘以放大倍率，得到像方分辨率；用算得的像方分辨率跟2倍的像元尺寸作比较：①      如果镜头像方分辨率=2倍的像元尺寸，说明匹配刚刚好，谁都不浪费。
② 如果镜头像方分辨率>2倍的像元尺寸，则浪费了相机的分辨率。

③ 如果镜头像方分辨率<2倍的像元尺寸，则浪费了镜头的分辨率。

方法二
经透镜成的光学图像，本身是一个拥有无穷多个点的模拟信号。但在图像接收器(CCD或CMOS)接收过程中，由于像素和像素之间的间距形成了离散采样。采样定律也叫Shannon采样定律，告诉我们对于频率为f的模拟信号，为了不失真的恢复它，我们至少要用2f的频率来采样。
 
本文的前面部分，我们介绍过：镜头分辨率的另一种表示形式是空间频率，即每毫米的线对数LP/mm。因此，假设镜头的分辨率是n LP/mm，那么我们必须保证每毫米有2n个像素才行。这样才能充分发挥镜头的分辨能力。例如：茉丽特ML-MC-XR系列和ML-M-UR系列都标注了分辨率是200LP/mm， 所以用每毫米有400个像素的芯片来接收图像，才不会浪费镜头的分辨率，而每毫米400个像素，计算下来像元尺寸大小差不多2.2 μm，这也就是为什么我们会同时标注该款镜头支持2.2 μm像元。

工程师Tips
镜头分辨率，只是镜头本身的参数，与相机无关。

相机的分辨率，也只是相机本身的参数，与像元尺寸大小有关，与镜头无关。
两个相互独立的分辨率一定要匹配，才不会浪费了某一方的性能。
无论是镜头还是相机，分辨率只是评价成像质量的参数之一，而且分辨率也不是越高越好，如果要评价整体性能，还要同时综合考虑其他参数及具体应用。