相机像素与焦距的计算

计算相机图像传感器分辨率以及镜头焦距

硬件:Image Acquisition (IMAQ)

问题:

请问我如何确定使用了正确的镜头、焦距以及传感器分辨率（相机传感器CCD像素的行数和列数）？关于真实世界中的情况，我已了解下列定义：

?视场(FOV) - 相机可以采集到的被检测区域

?分辨率- 成像系统需要复制出的物体细节数量

?物距- 镜头前端到被检测物体的距离

请参考下列图例：

解答:

为了获得精确的测量，您至少需要两个像素来表达您希望检测的最小特征。请使用分辨率信息为您的应用选择合适的相机和镜头。

?首先，需要决定您的图像采集系统所需的分辨率。可以先用真实世界的度量单位测量您需要检测的最小特征的大小。然后，通过下式计算所需的传感器分辨率(S)：

传感器分辨率(S) = (FOV / 分辨率) x 2 = (FOV / 最小特征的大小) x 2

例如：

有一个传感器分辨率为640x480的相机，希望知道在任何方向上可以检测出的最小特征的分辨率。因为要求测量不依赖于方向，因此取CCD尺寸参数中的短边，这里就是480；假设想捕获的FOV是100mm。

根据上式，能够检测到的最小特征尺寸是FOV除以传感器分辨率再乘以2（最小特征尺寸=(100/480)*2）。

这样可以计算出能检测到的最小特征尺寸就是0.42mm。请注意这是一个大致的等式，没有考虑到镜头失真、具体的特征检测算法、以及是否采用亚像素精度。

?然后，计算所需的焦距。

使用下列公式：

焦距x FOV = 传感器尺寸x 物距

对于上述例子，如果要确定物距，先假设传感器尺寸是1/2‘’，镜头焦距是12.5mm，那么物距就是98mm （物距=(12.5*100)/12.7）。请注意为统一单位要将1/2''换算为12.7mm。

出厂的镜头中，只有一部分具有标准焦距。通常的镜头焦距包括6mm，8mm，12.5mm，25mm，以及50mm 等几种。一旦您选择了一个焦距接近您图像采集系统所需焦距的镜头，您需要调整物距以使被检测物体合焦。

焦距较短（小于12mm）的镜头拍摄的图像会有明显的失真。如果您的应用对图像失真比较敏感，请尽量增加物距并使用焦距较长的镜头。如果您不便调整物距，您在选择镜头时就会受到比较大的限制。

搭建系统时，您需要反复细致地调节焦距公式中的各种参数，直到找到满足检测需要并符合成本要求的组合。