視覺檢測系統(tǒng)通過分辨率檢測產(chǎn)品不良特征的

圖像中的細節(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數(shù)。行數(shù)越大，相機可以記錄的細節(jié)越多或視野越大。對于模擬攝像機，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)

對于百萬像素相機，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攝像機分辨率的示例。  

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：不同百萬像素相機格式的像素數(shù)。  

*高清視頻有兩種定義

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

定義3：分辨率可以是可以復(fù)制或記錄圖像的細節(jié)級別。在圖像傳感器上，分辨率表示為鏡頭設(shè)計人員和光學(xué)工程師常用的每毫米線對（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，這意味著圖像將在其額定的相機分辨率下清晰對焦。  

定義4：可以在對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象上的這種映射對于計算可以在圖像中看到的細節(jié)級別最直觀。從根本上講，它是攝像機的水平視場（HFOV）除以水平像素數(shù)。這樣得出的每英尺像素數(shù)可能與圖像質(zhì)量有關(guān)。在本白皮書的其余部分中，我將進一步擴展該定義。  

分辨率要求

對于每種視頻監(jiān)視應(yīng)用程序所要求的清晰度，目前還沒有行業(yè)標準。目標上的像素越多，分辨率越高，進行識別和肯定識別的可能性就越大。但是，更高的細節(jié)要求更高分辨率的相機或更多的相機，因此需要更多的帶寬和存儲空間。在詳細程度和項目預(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別，從“高細節(jié)”以60pix / ft的清晰識別到“運動跟蹤”以10pix / ft的寬視角顯示。每個圖像具有相同數(shù)量的像素，但是隨著視野的增加，圖像中每英尺的像素會減少。因為一個圖像中的像素與另一個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影響通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，也不會降低網(wǎng)絡(luò)性能。  

識別（高細節(jié)）60 200檢測（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)負載。  

廣角視野

百萬像素相機可提供的更高分辨率的另一個優(yōu)勢是，與模擬相機相比，它能夠以相同或更好的分辨率覆蓋更大的區(qū)域。由于散布在整個視場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。  

下表3比較了在相同圖像分辨率下距拍攝對象32英尺遠的不同相機的視場。隨著相機分辨率（總像素數(shù)）的增加，以恒定圖像分辨率（每英尺像素）的視場也會增加。顯然，相機中的像素數(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。  

*對于相同的視場，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，因為它的畸變超過80％，而直線眼鏡的焦距為1.3mm，視場僅為125?。  

圖1：視場隨著相機分辨率（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。裁剪會減少像素總數(shù)，但不會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)對象位于圖像邊緣時，對象將覆蓋圖像中的更多像素），而鏡筒變形的透鏡會導(dǎo)致圖像在邊緣處被壓縮并且分辨率降低。對于典型的畸變廣角鏡頭，可能有價值的信息會在鏡頭中丟失，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，圖像會散布在邊緣的大量像素上，從而增加了檢測和識別的可能性。  

飛機中的物體

使用直線透鏡時，即使邊緣上的物體距離攝像機較遠，與攝像機垂直的公共平面中的對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：垂直于相機的平面中的對象在圖像的中心和邊緣具有相同的圖像分辨率。  

圖3：這些目標位于10x10英尺的網(wǎng)格中。使用具有120度視場的Theia SY110鏡頭，在距相機20英尺處，HFOV為60英尺。圖像邊緣的目標距相機的距離是其兩倍，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，其中圖像邊緣的對象似乎被拉伸了，因為它們被沿鏡頭的切線角“展平”到一個平面上。使用直線透鏡時，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象分辨率（每英尺像素）的優(yōu)勢。對于鏡筒變形的鏡頭，圖像邊緣的物體會小于中心的物體，并且它們會向中心彎曲。  

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，因為它們在垂直于相機的同一平面上。因為只有在物體的長度與攝像機的三維（深度）方向平行時（例如汽車的長度），才會出現(xiàn)這種效果，因此將其稱為3D拉伸。  

圖4：3D拉伸。這些對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象看起來被拉伸。    

弧形物體

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

圖5：與攝像機等距的圓圈中的對象隨著從圖像中心到邊緣的移動，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恒定的距離移動時，分辨率會提高。站在距相機11.5英尺處的人的圖像的寬度將由于3D拉伸而移動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別。鏡筒變形的鏡頭不會顯示物體寬度的增加。  

圖6：隨著被攝體以攝像機為中心繞圓周運動，由于3D拉伸，它們的尺寸會增加，從而使其更易于識別到圖像的邊緣。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（HFOV）與相機距離的關(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)物體垂直于相機移動時，即使物體距離相機越來越遠，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時，廣角非直線透鏡的分辨率會降低。

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

分辨率計算

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

直線透鏡視場與透鏡焦距的關(guān)系：示例

具有Theia SY110鏡頭的5MPix相機在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。表8中列出了最常見的大小。

一旦計算出水平視場并且知道了相機，圖像分辨率就是像素與HFOV的比率。  

圖像分辨率與視場的關(guān)系示例

與上述相同的5MPix相機在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的像素數(shù)量。  

用于給定圖像分辨率計算的鏡頭焦距

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

已知相機的鏡頭焦距示例

為了在距相機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，視野越小，但圖像分辨率越高。

表6：已知相機的鏡頭焦距。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。  

對于同一平面中的對象，邊緣分辨率等于中心分辨率。但是，對于與攝像機等距的弧形物體，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：對于圍繞攝像機弧形移動的對象，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，而且還取決于相機的選擇。不同的相機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的數(shù)據(jù)表以及兩個Theia的直線透鏡的相應(yīng)視場。  

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

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