? ? ? ?分辨率是成像系統中的關鍵參數，但它常被誤解或簡化。在為工業應用選擇相機時，了解分辨率的真正含義及其受其他系統參數的影響，往往能決定部署成功與失敗的關鍵。

分辨率實際上告訴你的是什么？

? ? ? ?分辨率的核心指的是傳感器能夠捕獲的離散像素數量。一臺500萬像素（MP）攝像頭大約有500萬個像素，排列成網格，通常大約是2448 x 2048像素。但原始像素數只是起點。

? ? ? ?真正的系統分辨率取決于多個因素：傳感器尺寸、像素間距、鏡頭質量、照明以及應用的具體需求。1200萬像素的攝像頭并不一定比5MP的“更好”。正確的選擇完全取決于你想看到什么。

選擇合適的鏡頭

? ? ? ?在視覺系統中，鏡頭也在決定最終圖像質量和分辨率方面起著重要作用。傳感器根據像素數設定理論最大分辨率，鏡頭則控制實際細節到達這些像素的多少。鏡頭解析細節的能力通過其調制傳遞函數（MTF）來衡量，該函數顯示其將對比度和銳度從物體傳遞到傳感器的效果。如果鏡頭光學質量差或分辨率不足，畫面會在到達傳感器前就模糊——這意味著你可能聯用了2500萬像素的傳感器，但性能只能達到50萬像素的水平。

彩色與單色

? ? ? ?相機選擇也很重要。彩色相機通常使用拜耳濾鏡陣列，傳感器上的每個像素都覆蓋紅、綠或藍濾鏡，意味著沒有單個像素能捕捉完整的色彩信息。相反，去色化（或稱“去拜葉化”）算法通過插值鄰近像素的缺失色彩值，重建最終圖像中的每個全彩像素。這一過程本質上降低了有效分辨率，因為需要多個傳感器像素才能產生一個真色像素，插值可能會引入偽影或輕微模糊。

? ? ? ?相比之下，單色相機將每個像素都用于捕捉光強且不加濾鏡，從而在相同傳感器尺寸下實現更密集的空間采樣和更高的有效分辨率。這使得單色相機成為追求最大細節、邊緣銳利度和尺寸精度的首選。

傳感器：這些規格意味著什么？

? ? ? ?在查看相機數據表時，你會發現關于傳感器的幾個關鍵指標。以下是它們對你的申請的含義。

? ? ? ?像素數（MP）：總像素數。這定義了傳感器在單幀內能夠捕獲的離散圖像數據量。更高的像素數提供更多細節，但需要更多的處理能力、存儲和帶寬。

? ? ? ?傳感器尺寸：通常以分數英寸表示（比如1/2.3英寸或2/3英寸）。請注意，這些數字指的是舊式Vidicon管的光學標準，而非實際的物理對角線——有些制造商可能會將傳感器尺寸列為有效有效活動面積（mm2）或高度和寬度（毫米）。更大的傳感器通常提供更好的光敏度和更低的噪點。它們還允許淺景深，這在使用變焦鏡頭時非常重要。

像素尺寸：以微米（μm）為單位測量。更大的像素收集更多光，通常靈敏度和信噪比也更好。更小的像素在相同傳感器尺寸下能實現更高分辨率，但在低光環境下可能顯得吃力。你經常會看到像素尺寸為3.45微米、4.8微米或5.5微米的傳感器。

? ? ? ?解決方案：以水平×垂直像素的形式列出（例如1920 x 1080）。這會告訴你輸出圖像的尺寸和寬高比。

? ? ? ?幀率：傳感器在全分辨率下每秒能捕捉多少張圖像。許多傳感器通過丟棄像素或使用降低分辨率模式來實現更高的幀率。

分辨率與速度的權衡

? ? ? ?更高的分辨率總是伴隨著成本。像素越多，傳輸時間越長，處理負載越重，存儲需求越大。一臺1200萬像素相機以60幀每秒生成約2.7GB未壓縮數據，具體取決于位深和色彩格式。任何處理該吞吐量的視覺系統都必須設計以管理其接口、處理流水線和存儲之間的高數據速率。

? ? ? ?許多應用通過匹配實際需求而受益，而非最大化像素數量。一臺以200幀/秒運行的200萬像素相機，在高速檢查任務中可能優于120萬像素的30幀/秒相機。

最后，確認你的鏡頭是否真的能提供傳感器捕捉到的分辨率。檢查MTF曲線在相關空間頻率下。高MTF值表示鏡頭能夠在細致細節下保持對比度，支持高相機分辨率。一顆銳利的鏡頭配合中等分辨率的傳感器，在高分辨率傳感器上會優于普通鏡頭。

自動對焦變焦相機：運動中的分辨率

? ? ? ? ?自動對焦變焦相機為分辨率考量增加了另一層復雜性。這些系統動態調整焦距和對焦位置，直接影響目標的有效分辨率。

? ? ? ?放大時，你放大的是場景的較小部分。同樣的500萬像素傳感器現在將這些像素分布在更窄的視野中。這提高了你的空間分辨率——即現實世界物體每毫米的像素數。然而，光學限制在焦距越長時更加明顯。

? ? ? ?鏡頭質量在這里變得至關重要。即使是最好的傳感器也無法彌補鏡頭質量不佳。色差（當鏡頭聚焦不同顏色的光時，距離略有不同）、場曲率和MTF衰減都會降低有效分辨率，尤其是在圖像邊緣和最大變焦時。

? ? ? ?自動對焦系統還必須隨著工作距離的變化保持圖像銳利度。對于機器視覺應用來說，這意味著你的系統需要足夠的景深來保持特征的焦點，或者足夠快的自動對焦來追蹤移動物體。

我的應用需要多大的相機分辨率？

? ? ? ?從你應用的測量或檢測目標開始。物體大小是多少？你需要可靠檢測到最小的特征或測量變化（d）是多少？

? ? ? ?通過考慮在最小特征上采樣多個像素來確定物體所需的像素大小。推薦采樣因子是至少計入2-3像素以可靠檢測最小細節，5-10像素計數以實現精確測量，例如在計量學中。

? ? ? ?示例：

? ? ? ?最小特征（d）= 0.5mm，采樣因子（S）= 5像素，視野（H和V）= 150mm

? ? ? ?水平所需的像素：

? ? ? ?在我們的例子中，縱向也需要相同的。因此，相機傳感器必須至少有1500 x 1500像素 = 2250萬像素。

? ? ? ?如果應用要求在一定公差范圍內進行高度精確的測量（最小特征），例如10像素的更高采樣因子將得到以下結果：

? ? ? ?所需的圖像傳感器需至少提供3000個水平像素和3000個垂直像素，總共900萬像素以滿足要求。

? ? ? ?由于圖像傳感器通常是矩形而非方形，第二個例子至少需要一臺1200萬像素、傳感器為4096 x 3000像素的相機。然后需要查看像素大小。像素尺寸越大，每個像素能捕捉到的光越多，傳感器尺寸越大，價格也越大。

應用特定分辨率要求

? ? ? ?不同應用對分辨率特性的要求截然不同。CoaXPress和Camera Link等機器視覺接口提供可靠的高帶寬性能，支持高分辨率相機的集成。常見應用包括：

? ? ? ?PCB檢測：檢測電路板上0.1毫米的缺陷需要高空間分辨率。你可能需要每個缺陷10-20個像素才能可靠地檢測和分類問題。在100mm視野下，這意味著圖像上有1000-2000像素，換算下來大約是2-400萬像素。更大的電路板或較小的缺陷會讓需求進一步提高。

? ? ? ?條形碼讀取：一維條形碼是寬容的。你需要在最窄的條形元素上大約有5到10個像素。對于帶有0.25毫米模塊、工作距離300毫米的Code 128條碼，通常只需1-200萬像素的相機。像數據矩陣這樣的二維代碼需要更高的分辨率，尤其是當代碼較小或損壞時。

? ? ? ?光學字符識別（OCR）：文本識別需要足夠的分辨率來區分相似的字符（如“8”和“B”或“0”和“O”）。一般來說，每個字符高度8-12像素效果不錯。你的鏡頭選擇和傳感器需要允許每個字符使用這么多像素。但如果你是在寬視場內讀取序列號，可能需要更高的分辨率來補償鏡頭效應。

? ? ? ?機器人自動化：拾取放置應用通常能將物體位置和方向精確到1-2毫米以內。所需分辨率隨工作區大小而增長。一個需要1毫米精度的500mm x 500mm工作區，每個方向至少需要500像素，這意味著相機至少需要0.30萬像素。實際上，你會用2-500萬像素來增強抗噪和亞像素精度。

? ? ? ?測量與計量：這些應用通常需要最高分辨率。將50毫米零件測量到±0.01毫米精度，理論分辨率要求高于0.005毫米——即50毫米寬10,000個像素。如果同時檢查整個零件，這意味著大約需要100+百萬像素。更常見的是，工程師使用變焦鏡頭或掃描方法，在實際相機限制內實現所需的分辨率。

最好的解決方案是解決你問題的那個

? ? ? ?機器視覺中的分辨率不僅僅是像素數。它關乎將傳感器能力與應用需求匹配，同時平衡速度、成本和光學性能。理解傳感器規格及其如何轉化為實際測量能力，使你能夠設計出能夠提供可靠結果的視覺系統，而無需增加不必要的復雜性和成本。

? ? ? ?像CoaXPress這樣的機器視覺接口保證了可靠的高數據吞吐量，使得高分辨率攝像機的使用成為可能。Active Silicon的FireBird CoaXPress幀抓取器兼容眾多廠商的機器視覺相機，涵蓋數百種不同型號。

我們的Harrier系列自動對焦變焦相機包括傳感器分辨率為200萬至800萬像素，傳感器尺寸從1/1.8英寸到1/2.8英寸。提供全高清或4K輸出分辨率和最高55倍光學變焦選項。我們的團隊可以指導您選擇最適合您申請的方案。