机器视觉中精度和分辨率详解！

在机器视觉中，分辨率作为衡量镜头和工业相机的重要参数，被大家熟知。精度是机器视觉中最核心的参数之一。我们一起来了解下这两个参数以及在实际组合应用中，如何有效匹配镜头分辨率和相机分辨率。

精度需要从多个角度来说明，根据行业经验，定位应用一般需要考虑3个像素波动，故原本10μm的精度要求，对应的定位精度约为3μm左右，而此时的视觉定位精度也就是像素精度，也叫像素分辨率或者像素当量，对于检测应用，算法能力直接决定了视觉检测精度与待检测的最小缺陷之间的关系，通常也要考虑3-5个像素波动，但在晶圆检测行业，如果算法好，我们也常遇到直接按最小缺陷的大小来定义视觉检测精度的情况，此时视觉检测精度也是像素精度，测量应用包含绝对精度和重复性精度，绝对精度指测量值和真实值之间的差异，重复性精度只用同一个物体去做静态测量和多次摆放测量，看数据的实际波动性，当重复性精度足够好时，绝对精度可以进行算法补偿，因此实际应用中重复性精度更为重要。一般情况下，重复性精度可等同于像素精度。相机像素精度=单向视野范围/相机单向分辨率。

1、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。

2、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。

镜头分辨率与相机分辨率的有效匹配？

方法一：一般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。

1Pixel=10um

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。

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：我们的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。

其他注意事项：

1、镜头分辨率，只是镜头本身的参数，与相机无关。

2、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。

3、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。

4、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。