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在工业质检方面，机器视觉扮演着很重要的角色，而在评估视觉项目的时候CONTROL ENGINEERING China版权所有，分辨率作为相机很重要的一个参数，相信大家并不陌生。对于3D相机，常常在参数表中看到水平分辨率和垂直分辨率，具体的含义该如何理解？知道分辨率具体数值，我们在选型的时候该如何参考这些值？下面结合SmartRay ECCO 95.010+对相关概念一一解读。
1、 相机像素与分辨率
我们先来了解一下相机的像素相关的概念，通常所说的像素也就是成像的最小基本单元，又称为像元。例如30万像素是指感光芯片上的感光元件也就是像元的数目有30万个，一个30万像素的相机分辨率为672 × 512，是指该相机总共有512行像素，每一行有672个像素CONTROL ENGINEERING China版权所有，总像素数为344064，接近30万，通常称为30万像素。另外还有屏幕的分辨率，其实与相机的分辨率意义相同，以分辨率为1024×768的屏幕来说，即每一条水平线上包含有1024个像素点，共有768条线。将一张图像放大，可以看到矩形的方格，这就是成像后像素体现出来的模样。而在3D传感器参数表中的分辨率概念不同于我们常说的相机分辨率，下面做详细的解释。
图1. 像素示意图
2、 3D传感器分辨率
我们看下表中SmartRay ECCO 95.010+的相关参数的值，垂直分辨率0.37-0.45μm，水平分辨率5.8-6.8微米，这里的垂直分辨率是指高度方向能够识别的最小高度差，水平分辨率是指水平（平面）方向能够识别的最小尺寸。
图2. ECCO95.010+参数表
以2D相机为例来做说明，当相机拍摄一个物体时，高像素相机拍摄的照片清晰程度明显高于低像素相机，分辨率可以理解为“物”在经过光学系统后的“像”在细节上能被分辨的最小距离。一般我们会用光学系统所能分辨的两个像点的最小距离来表示，大于这个距离的两个像点就能被识别为两个点，而小于这个距离的两个点经过光系统后就会被识别为一个点。 所以图2参数表中的分辨率指3D传感器能识别的最小物体尺寸。
图3. 物体成像与失真示意图
3、 垂直分辨率与水平分辨率
在图2参数表中可以发现分辨率是一个范围，这跟3D传感器的视野范围和激光器作为光源都有一定关联，使用相机在拍照的时候，成像是近大远小，这也意味着在景深允许的范围内，像越大其精度越高，像越小，其精度会降低。从近场到远场，理论精度由高到底，一般在测试评估的时候会取一个中间值，也就是中场，此时相机的成像质量最佳。垂直分辨率0.37μm-0.45μm，可以取0.4μm作为参考值，水平分辨率5.8μm -6.8μm，可以取6.3μm作为参考值。
图4: 3D传感器视野示意图
4、 高度垂直向的测量精度（重复性）与分辨率的关系
以下图2D方向的不同分辨率两张图为例来更好解释，下面两幅图也可以直观的看到分辨率提高，找到的边缘越准确www.cechina.cn，也意味着理论精度越高。
图5-1. 较低分辨率示意图
图5-2. 较高分辨率成像示意图
在实际评估项目的时候，我们该如何根据重复精度要求（垂直向）选择合适分辨率的3D传感器？
知道重复性精度以后，有时候会直接选择对应分辨率的3D传感器，比如高度重复性精度要求0.4μm，如果以ECCO 95.010+的标准高度方向的分辨率0.4μm来确定型号，这样是不准确的，毕竟测试产品的重复性结果不同于实验室的标准加工件，不能简单的把重复性精度和分辨率划上等号，我们文档上标示的重复性是0.1μm，但是测试实际料件受限于各种条件，并不一定能达到文档标示的0.1μm的重复性。结合实际项目经验，通常使用5-10倍的分辨率来衡量该传感器能稳定达到的重复精度范围。当然以5-10倍的分辨率的理论选型并不能完全适应所有的项目情况，会受到产品的材质、表面特征、测量区域、软件算法、机构稳定性等因素的影响，当设备结构稳定，测量区域选择合适，软件算法良好的时候，即使低于5倍的分辨率也能稳定测量，甚至可以远远高于分辨率达到文档标示的0.1μm的重复性，所以最终是否能达到精度要求，还需要结合实际测试的效果。
最后CONTROL ENGINEERING China版权所有，2个小测试，我们一起来检验一下自己的学习成果吧。
1、 3D传感器的分辨率是指？
a. 测量值与真实值得差值
b. 能识别的最小尺寸
c. 像素的数目
答案：b
2、 项目中的工件测量长宽高重复精度要求10 μm，视野10mm，不考虑高度的范围，测量区域达到0.5x0.5mm，理论上可以选择以下哪个3D传感器？
a. ECCO 95.010+ (垂直分辨率0.4μm，水平分辨率6.3微米)
b. ECCO 95.020+ (垂直分辨率1.3μm，水平分辨率13.5微米)
c. ECCO 95.040+ (垂直分辨率1.6μm，水平分辨率19微米)
答案：a
解析：单看高度方向的精度要求，三款传感器基本都可以满足，而长宽精度需要参考水平分辨率控制工程网版权所有，所以可以使用ECCO 95.010+测试验证。
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