視覺檢測(cè)系統(tǒng)通過分辨率檢測(cè)產(chǎn)品不良特征的

圖像中的細(xì)節(jié)取決于分辨率。鏡頭焦距越短，視野越廣。大于90？大多數(shù)鏡頭開始顯示彎曲，桶形失真的圖像，從而壓縮邊緣的圖像。諸如使用Theia Technologies的Linear Optical Technology?的直線透鏡不會(huì)表現(xiàn)出鏡筒畸變，因此可以將圖像分辨率保持在圖像邊緣。  

許多定義

分辨率有很多定義。沒有一個(gè)定義適用于所有情況。我將在這里僅列出與視頻監(jiān)控行業(yè)相關(guān)的定義。  
定義1：分辨率可以表示為用于記錄圖像的電視線或圖像傳感器的像素?cái)?shù)。行數(shù)越大，相機(jī)可以記錄的細(xì)節(jié)越多或視野越大。對(duì)于模擬攝像機(jī)，這是通常的定義。圖像中電視線的數(shù)量可以是320、480、570等。  

A：分辨率可以表示為像素總數(shù)

對(duì)于百萬像素相機(jī)，分辨率通常是像素總數(shù)除以1,000,000，然后四舍五入。下表1顯示了典型的百萬像素?cái)z像機(jī)分辨率的示例。  

百萬像素像素總數(shù)垂直像素水平像素

高清* 7209216006007201280

1.3 MPix 1,310,720 1024 1280

高清* 1080 2,073,600 1080 1920

2個(gè)MPix 1,920,000 1200 1600

3 MPix 3,145,728 1536 2048

5 MPix 4,915,200 1920 2560

B：不同百萬像素相機(jī)格式的像素?cái)?shù)。  

*高清視頻有兩種定義

與720 HD攝像機(jī)相比，1080 HD攝像機(jī)的兩倍分辨率意味著更多的細(xì)節(jié)或視野。  

定義3：分辨率可以是可以復(fù)制或記錄圖像的細(xì)節(jié)級(jí)別。在圖像傳感器上，分辨率表示為鏡頭設(shè)計(jì)人員和光學(xué)工程師常用的每毫米線對(duì)（lpm）。隨著圖像傳感器上像素總數(shù)的增加，像素尺寸變小，需要更高質(zhì)量的鏡頭才能獲得最佳聚焦。這些高質(zhì)量的鏡頭（包括由Theia Technologies制造的鏡頭）適用于百萬像素或數(shù)百萬像素相機(jī)，這意味著圖像將在其額定的相機(jī)分辨率下清晰對(duì)焦。  

定義4：可以在對(duì)象處以每英尺或每米的像素為單位指定分辨率。圖像傳感器尺寸到對(duì)象上的這種映射對(duì)于計(jì)算可以在圖像中看到的細(xì)節(jié)級(jí)別最直觀。從根本上講，它是攝像機(jī)的水平視場(chǎng)（HFOV）除以水平像素?cái)?shù)。這樣得出的每英尺像素?cái)?shù)可能與圖像質(zhì)量有關(guān)。在本白皮書的其余部分中，我將進(jìn)一步擴(kuò)展該定義。  

分辨率要求

對(duì)于每種視頻監(jiān)視應(yīng)用程序所要求的清晰度，目前還沒有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。目標(biāo)上的像素越多，分辨率越高，進(jìn)行識(shí)別和肯定識(shí)別的可能性就越大。但是，更高的細(xì)節(jié)要求更高分辨率的相機(jī)或更多的相機(jī)，因此需要更多的帶寬和存儲(chǔ)空間。在詳細(xì)程度和項(xiàng)目預(yù)算之間必須保持平衡。  

在下面的表2中，顯示的圖像具有不同的分辨率級(jí)別，從“高細(xì)節(jié)”以60pix / ft的清晰識(shí)別到“運(yùn)動(dòng)跟蹤”以10pix / ft的寬視角顯示。每個(gè)圖像具有相同數(shù)量的像素，但是隨著視野的增加，圖像中每英尺的像素會(huì)減少。因?yàn)橐粋€(gè)圖像中的像素與另一個(gè)圖像中的像素不再相同，所以通過使用更高的圖像分辨率或更大的視野不會(huì)影響通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，也不會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)性能。  

識(shí)別（高細(xì)節(jié)）60 200檢測(cè)（一般安全）20 70

表2：隨著視野的增加，每英尺的像素減少，因此每張圖片具有相同數(shù)量的像素，從而導(dǎo)致相同數(shù)量的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。  

廣角視野

百萬像素相機(jī)可提供的更高分辨率的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是，與模擬相機(jī)相比，它能夠以相同或更好的分辨率覆蓋更大的區(qū)域。由于散布在整個(gè)視場(chǎng)中的總可用像素更大，因此可以在不降低圖像分辨率的情況下增加視場(chǎng)。  

下表3比較了在相同圖像分辨率下距拍攝對(duì)象32英尺遠(yuǎn)的不同相機(jī)的視場(chǎng)。隨著相機(jī)分辨率（總像素?cái)?shù)）的增加，以恒定圖像分辨率（每英尺像素）的視場(chǎng)也會(huì)增加。顯然，相機(jī)中的像素?cái)?shù)越高，在恒定圖像分辨率下的視野越寬。視野的增加也顯示在下面的圖1中。  

相機(jī)圖像寬度鏡頭焦距視野分辨率視野增加

模擬不是那么寬4.5毫米58嗎？（36英尺）18像素/英尺

1.3MPix廣角2.2毫米* 96？（71英尺）18像素/英尺2倍

3MPix超寬1.7毫米* 120？（110英尺）19像素/英尺3倍

5MPix超寬1.3毫米* 132？（144英尺）18像素/英尺4倍

表3：在恒定圖像分辨率下，圖像寬度隨像素總數(shù)增加。  

*對(duì)于相同的視場(chǎng)，直線透鏡（見下文）和鏡筒變形的透鏡將具有不同的焦距。180？魚眼鏡頭的焦距為2.2mm，因?yàn)樗幕兂^80％，而直線眼鏡的焦距為1.3mm，視場(chǎng)僅為125?。  

圖1：視場(chǎng)隨著相機(jī)分辨率（像素總數(shù)）的增加而增加，而圖像分辨率（每英尺像素）沒有變化。垂直裁剪3和5兆像素的圖像，以消除圖像的無聊的天空和地面區(qū)域。裁剪會(huì)減少像素總數(shù)，但不會(huì)影響每英尺分辨率的像素  

直線訴魚眼

大多數(shù)廣角鏡頭都有桶形失真（也稱為魚眼鏡頭失真），會(huì)導(dǎo)致圖像在中央顯得彎曲和凸出。直線透鏡，就像Theia Technologies為安全行業(yè)制造的透鏡一樣，可以使在現(xiàn)實(shí)世界中直線出現(xiàn)的直線保持在圖像傳感器上。這樣做的好處是可以提高邊緣的圖像分辨率（即，當(dāng)對(duì)象位于圖像邊緣時(shí)，對(duì)象將覆蓋圖像中的更多像素），而鏡筒變形的透鏡會(huì)導(dǎo)致圖像在邊緣處被壓縮并且分辨率降低。對(duì)于典型的畸變廣角鏡頭，可能有價(jià)值的信息會(huì)在鏡頭中丟失，并且無法使用變形或其他方法重新捕獲或重建圖像中丟失的信息。任何變形都將產(chǎn)生從直線透鏡看起來像但分辨率較低的圖像。使用直線透鏡時(shí)，圖像會(huì)散布在邊緣的大量像素上，從而增加了檢測(cè)和識(shí)別的可能性。  

飛機(jī)中的物體

使用直線透鏡時(shí)，即使邊緣上的物體距離攝像機(jī)較遠(yuǎn)，與攝像機(jī)垂直的公共平面中的對(duì)象在中心和邊緣的圖像分辨率也相同。如下圖2和3所示。

圖2：垂直于相機(jī)的平面中的對(duì)象在圖像的中心和邊緣具有相同的圖像分辨率。  

圖3：這些目標(biāo)位于10x10英尺的網(wǎng)格中。使用具有120度視場(chǎng)的Theia SY110鏡頭，在距相機(jī)20英尺處，HFOV為60英尺。圖像邊緣的目標(biāo)距相機(jī)的距離是其兩倍，但在同一平面上可以清晰地看到它們。  

這種直線性產(chǎn)生了一種稱為3D拉伸或傾斜的效果，其中圖像邊緣的對(duì)象似乎被拉伸了，因?yàn)樗鼈儽谎冂R頭的切線角“展平”到一個(gè)平面上。使用直線透鏡時(shí)，視野越廣，這種效果越明顯。這種效果不是大多數(shù)人所習(xí)慣看到的，但與具有鏡筒失真的鏡頭相比，它具有提高圖像邊緣對(duì)象分辨率（每英尺像素）的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于鏡筒變形的鏡頭，圖像邊緣的物體會(huì)小于中心的物體，并且它們會(huì)向中心彎曲。  

下面的圖4顯示了這種3D拉伸。黑色汽車在圖像邊緣附近的長(zhǎng)度沿陡峭的切線角度展平到圖像平面上，因此看起來像是被拉伸了。但是兩輛汽車的寬度相同，因?yàn)樗鼈冊(cè)诖怪庇谙鄼C(jī)的同一平面上。因?yàn)橹挥性谖矬w的長(zhǎng)度與攝像機(jī)的三維（深度）方向平行時(shí)（例如汽車的長(zhǎng)度），才會(huì)出現(xiàn)這種效果，因此將其稱為3D拉伸。  

圖4：3D拉伸。這些對(duì)象沿著切線投影到圖像平面上，從而導(dǎo)致圖像邊緣處尺寸平行于鏡頭軸的對(duì)象看起來被拉伸。    

弧形物體

使用直線透鏡時(shí)，以相機(jī)為中心的弧形對(duì)象的分辨率計(jì)算要稍微復(fù)雜一些。當(dāng)對(duì)象從圖像中心向弧形邊緣移動(dòng)而不改變到相機(jī)的距離時(shí)，對(duì)象的分辨率將顯著提高。如下圖5和6所示。

圖5：與攝像機(jī)等距的圓圈中的對(duì)象隨著從圖像中心到邊緣的移動(dòng)，其分辨率將提高。  

如下圖6所示，這種情況清楚地表明，當(dāng)物體圍繞弧線以距離攝像機(jī)恒定的距離移動(dòng)時(shí)，分辨率會(huì)提高。站在距相機(jī)11.5英尺處的人的圖像的寬度將由于3D拉伸而移動(dòng)到圖像的邊緣而增加。在圖像邊緣，與中心以及與鏡筒失真的鏡頭相比，它們可能更清晰地被識(shí)別。鏡筒變形的鏡頭不會(huì)顯示物體寬度的增加。  

圖6：隨著被攝體以攝像機(jī)為中心繞圓周運(yùn)動(dòng)，由于3D拉伸，它們的尺寸會(huì)增加，從而使其更易于識(shí)別到圖像的邊緣。這135嗎？使用Theia的SY125鏡頭捕獲視野。  

基于Linear Optical Technology?的鏡頭的分辨率性能

下圖顯示了Theia直線透鏡的圖像分辨率和水平視場(chǎng)（HFOV）與相機(jī)距離的關(guān)系。例如，如果使用5MPix攝像頭和Theia的SY110鏡頭的常規(guī)監(jiān)視應(yīng)用每英尺需要20像素，則攝像頭必須與圖像中心的物體相距37英尺。如圖1所示，當(dāng)物體垂直于相機(jī)移動(dòng)時(shí)，即使物體距離相機(jī)越來越遠(yuǎn)，圖像分辨率也將保持每英尺20像素。當(dāng)物體沿著這條線移動(dòng)時(shí)，廣角非直線透鏡的分辨率會(huì)降低。

圖7a和7b：基于Theia鏡頭的圖像分辨率和視場(chǎng)計(jì)算。這兩個(gè)圖表也可以從Theia的圖像分辨率計(jì)算器網(wǎng)頁以公制單位獲得。  

分辨率計(jì)算

給定鏡頭和照相機(jī)，可以使用下面的簡(jiǎn)單方程式計(jì)算圖像分辨率。如果視場(chǎng)未知，則可以使用表4中的方程式計(jì)算直線透鏡。如果透鏡具有鏡筒變形，則最好在規(guī)格表中查找HFOV。  

直線透鏡視場(chǎng)與透鏡焦距的關(guān)系：示例

具有Theia SY110鏡頭的5MPix相機(jī)在20英尺外的視野為80英尺。

線性透鏡HFOV與焦距的關(guān)系。芯片寬度取決于相機(jī)。表8中列出了最常見的大小。

一旦計(jì)算出水平視場(chǎng)并且知道了相機(jī)，圖像分辨率就是像素與HFOV的比率。  

圖像分辨率與視場(chǎng)的關(guān)系示例

與上述相同的5MPix相機(jī)在23英尺的距離處具有32像素/英尺的圖像分辨率。

表5：分辨率（以每英尺或每米為單位的像素），具體取決于圖像寬度的單位。表8還列出了最常見的百萬像素相機(jī)的像素?cái)?shù)量。  

用于給定圖像分辨率計(jì)算的鏡頭焦距

對(duì)于具有已知分辨率要求的設(shè)計(jì)，可以對(duì)上述公式求反以計(jì)算給定相機(jī)所需的鏡頭焦距。該等式如下所示。  

已知相機(jī)的鏡頭焦距示例

為了在距相機(jī)23英尺處保持32像素/英尺的分辨率，需要使用1.7mm鏡頭。焦距越長(zhǎng)，視野越小，但圖像分辨率越高。

表6：已知相機(jī)的鏡頭焦距。Chip_width和Focal_length均以毫米為單位。Camera_dist和image_resolution均為英制或公制單位。  

對(duì)于同一平面中的對(duì)象，邊緣分辨率等于中心分辨率。但是，對(duì)于與攝像機(jī)等距的弧形物體，邊緣分辨率與最大HFOV角的余弦值與中心分辨率有關(guān)。該方程在下面的表7中示出。

基于中心分辨率的邊緣分辨率示例

前面的示例在中心具有32像素/英尺的圖像分辨率。搭配Theia的SY110 120鏡頭？在視野范圍內(nèi)，邊緣圖像分辨率提高到64像素/英尺。  

表7：對(duì)于圍繞攝像機(jī)弧形移動(dòng)的對(duì)象，邊緣分辨率大于中心分辨率。  

等式中的變量不僅取決于鏡頭的選擇，而且還取決于相機(jī)的選擇。不同的相機(jī)分辨率具有不同的芯片尺寸，因此同一鏡頭的視野不同。以下是最常見的百萬像素相機(jī)的數(shù)據(jù)表以及兩個(gè)Theia的直線透鏡的相應(yīng)視場(chǎng)。  

相機(jī)1.3MPix 2MPix 3MPix 5MPix

切屑尺寸1/3” 1/2” 1/2” 1 / 2.5”

芯片寬度4.8mm 6.4mm 6.4mm 5.76mm

＃像素水平1280 1600 2048 2560

SY110 HFOV 110？126？126？120嗎

SY125 HFOV 125？140？140？135？

表8：百萬像素相機(jī)的常用芯片尺寸和兩個(gè)直線透鏡的相應(yīng)視角范圍。  

總而言之，分辨率有很多定義。安全行業(yè)中最常用的兩個(gè)是照相機(jī)中的像素總數(shù)和圖像中每英尺的像素?cái)?shù)。隨著像素總數(shù)的增加，圖像或視野或兩者中的細(xì)節(jié)都可以增加。對(duì)于廣角鏡頭，直線鏡頭可提高圖像邊緣的圖像分辨率，從而提高檢測(cè)和識(shí)別的可能性。