如何選擇合適的相機(jī)分辨率和鏡頭？

在機(jī)器視覺(jué)中，分辨率作為衡量鏡頭和相機(jī)的重要參數(shù)，已被大家熟知。但是，在實(shí)際組合應(yīng)用中，大家知不知道要如何有效匹配鏡頭分辨率和相機(jī)分辨率呢？

首先我們來(lái)了解鏡頭分辨率，及相機(jī)分辨率的概念。

01

鏡頭分辨率

鏡頭分辨率指的是它能分辨開兩個(gè)靠近的點(diǎn)物的能力。實(shí)際應(yīng)用中，我們一般用“點(diǎn)物”經(jīng)鏡頭成像后的“像”能被分辨的最小距離來(lái)表示，小于這個(gè)距離，我們就認(rèn)為是一個(gè)點(diǎn)；而大于這個(gè)距離我們認(rèn)為是兩個(gè)分開的點(diǎn)。除此之外，還有一種表示形式就是每毫米線對(duì)數(shù)LP/mm。

鏡頭之所以存在分辨率，是因?yàn)橄癫詈脱苌鋵?dǎo)致的（此處不做詳細(xì)解釋），使從“物”到“像”發(fā)生了失真。點(diǎn)物經(jīng)鏡頭成像后不再是一點(diǎn)，而變成一個(gè)光斑。

02

相機(jī)分辨率

相機(jī)的分辨率是指單位距離的像用多少個(gè)像素來(lái)顯示。

假設(shè)像元尺寸大小是2.2μm，搭配0.5x的鏡頭，在測(cè)量22μm的物體時(shí)，由于22μm的物經(jīng)0.5x的鏡頭后變成11μm的像，所以要用11 μm /2.2 μm =5個(gè)pixel來(lái)顯示，因此，單位距離的像要用11÷2.2/11=1/2.2個(gè)像素來(lái)顯示。即相機(jī)圖像分辨率為1/2.2 pixel/μm（實(shí)際就是像元尺寸的倒數(shù)）。從這個(gè)推導(dǎo)中我們得出：像元尺寸越小，相機(jī)的分辨率越高。

在了解了各自的概念后，我們要如何匹配鏡頭分辨率跟相機(jī)分辨率呢？

有沒(méi)有一些方便又有效的匹配方法呢？

03

鏡頭分辨率與相機(jī)分辨率的有效分配

方法一

我們產(chǎn)品參數(shù)表中標(biāo)記的分辨率為鏡頭的物方分辨率；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倍的像元尺寸作比較：

1） 如果鏡頭像方分辨率=2倍的像元尺寸，說(shuō)明匹配剛剛好，誰(shuí)都不浪費(fèi)。

2）如果鏡頭像方分辨率>2倍的像元尺寸，則浪費(fèi)了相機(jī)的分辨率。

3）如果鏡頭像方分辨率<2倍的像元尺寸，則浪費(fèi)了鏡頭的分辨率。

方法二

經(jīng)透鏡成的光學(xué)圖像，本身是一個(gè)擁有無(wú)窮多個(gè)點(diǎn)的模擬信號(hào)。但在圖像接收器(CCD或CMOS)接收過(guò)程中，由于像素和像素之間的間距形成了離散采樣。采樣定律也叫Shannon采樣定律，告訴我們對(duì)于頻率為f的模擬信號(hào)，為了不失真的恢復(fù)它，我們至少要用2f的頻率來(lái)采樣。

本文的前面部分，我們介紹過(guò)：鏡頭分辨率的另一種表示形式是空間頻率，即每毫米的線對(duì)數(shù)LP/mm。因此，假設(shè)鏡頭的分辨率是n LP/mm，那么我們必須保證每毫米有2n個(gè)像素才行。這樣才能充分發(fā)揮鏡頭的分辨能力。

例如：茉麗特ML-MC-XR系列和ML-M-UR系列都標(biāo)注了分辨率是200LP/mm， 所以用每毫米有400個(gè)像素的芯片來(lái)接收?qǐng)D像，才不會(huì)浪費(fèi)鏡頭的分辨率，而每毫米400個(gè)像素，計(jì)算下來(lái)像元尺寸大小差不多2.2 μm，這也就是為什么我們會(huì)同時(shí)標(biāo)注該款鏡頭支持2.2 μm像元。

Tips：

鏡頭分辨率，只是鏡頭本身的參數(shù)，與相機(jī)無(wú)關(guān)。

相機(jī)的分辨率，也只是相機(jī)本身的參數(shù)，與像元尺寸大小有關(guān)，與鏡頭無(wú)關(guān)。

兩個(gè)相互獨(dú)立的分辨率一定要匹配，才不會(huì)浪費(fèi)了某一方的性能。

無(wú)論是鏡頭還是相機(jī)，分辨率只是評(píng)價(jià)成像質(zhì)量的參數(shù)之一，而且分辨率也不是越高越好，如果要評(píng)價(jià)整體性能，還要同時(shí)綜合考慮其他參數(shù)及具體應(yīng)用。

審核編輯 ：李倩