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名词解析—工业相机亚像素
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时间:2015-03-03 14:11:55

        工业相机的成像面以像素为最小单位。例如某CMOS摄像芯片,其像素间距为5.2微米。工业相机拍摄时,将物理世界中连续的图像进行了离散化处理。到成像面上每一个像素点只代表其附近的颜色。至于“附近”到什么程度?就很困难解释。两个像素之间有5.2微米的距离,在宏观上可以看作是连在一起的。但是在微观上,它们之间还有无限的更小的东西存在。这个更小的东西我们称它为“亚像素”。实际上“亚像素”应该是存在的,只是硬件上没有个细微的传感器把它检测出来。于是软件上把它近似地计算出来。

        一般用分辨率这个名词来描述CCD芯片上的行列数。实际上,CCD芯片是一个抽样器件,它的最大抽样率由抽样定律决定,即抽样率必须高于奈奎斯特频率的2倍。抽样理论在一维时间信号中得到了广泛的使用,但并没有被完全的应用到CCD芯片的信号采样中。能够通过亚像素算术来提高CCD芯片的抽样率,理论就是把一个像素看作是由亚像素组成的子图像。

        亚像素精度是指相邻两像素之间细分情况。输入值通常为二分之一,三分之一或四分之一。这意味着每个像素将被分为更小的单元从而对这些更小的单元实施插值算法。例如,如果选择四分之一,就相当于每个像素在横向和纵向上都被当作四个像素来计算。因此,如果一张5x5像素的图像选择了四分之一的亚像素精度之后,就等于创建了一张16x16的离散点阵,进而对该点阵进行插值。

        通常,我们能够处理亚分辨率为10×10亚像素的图像。一个典型的例子就是决定一个斑点的重心(如下图a所示)。由于积分特性,原始像素位置误差与其本身输出相同。假设一个灰度级的一维图像。如图b所示,如果灰度值的转折点刚好出现在像素的边缘,那么容易确切得知道轮廓点的位置。但实际的转折点可能不在一个理想的级别,我们不能够准确的知道芯片上转折点剪切像素的位置。另外更重要的,模糊的灰度级允许灰度级差值,因此我们就能够决定亚像素的位置作为灰度级的功能。不管怎样,只有将CCD芯片内的模拟图像尽可能精确地描绘在图像处理单元的内存中,亚像素算法才能是精确的。

                  图a                                       图b

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