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,
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,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
控制工程网版权所有,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www.cechina.cn,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www.cechina.cn,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,找到的边缘越准确控制工程网版权所有,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CONTROL ENGINEERING China版权所有,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,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,所以可以使用ECCO 95.010+测试验证。