Пространственное разрешение

Важной характеристикой любого устройства ввода изображения является его разрешение. Различают яркостное разрешение (о котором речь, в частности, пойдет в следующем разделе) и пространственное разрешение. В свою очередь, о пространственном разрешении говорят в двух основных смыслах – как о собственной характеристике устройства ввода и как о характеристике съемки данным устройством реального объектного пространства (пространства сцены).

Собственное разрешение камеры или сканера – это количество элементов изображения на кадр, которое данное устройство может обеспечить.

О собственном разрешении аналоговых видеокамер обычно говорят в терминах телевизионных линий (ТВЛ). При этом считается, что разрешение ниже 200 ТВЛ является «низким», разрешение порядка 400–500 ТВЛ – «среднее», а разрешение в 600–800 ТВЛ и выше – высокое.

Собственное разрешение цифрового фотоаппарата оценивается в мегапикселях (Мпикс) – количестве пикселей цветного изображения максимального размера, которое в состоянии сформировать данный фотоаппарат. На сегодняшний день разрешение ниже 1 Мпикс считается «низким», разрешение порядка 3–5 Мпикс – «средним», а разрешение выше 10 Мпикс – «высоким».

Собственное разрешение цифровых видеокамер и фреймграбберов определяется размером выходного изображения в пикселях. Разрешение ниже 320200 считается «низким», разрешение порядка 640480576768 считается «средним», а разрешение более 10241024 – «высоким».

Собственное разрешение оптического сканера на основе сканирующей линейки характеризуется количеством элементов линейки.

Следует сразу заметить, что качественные оценки «низкого» или «высокого» разрешения по ходу развития современной техники постоянно подвергаются пересмотру в сторону увеличения пороговых значений. Лишь несколько лет назад стандарт VGA 640480 считался эталоном «высокого» разрешения. Поэтому данные качественные градации можно использовать только в качестве самых приблизительных ориентиров. На практике, при выборе оборудования видеоввода для построения той или иной аппаратно-программной системы машинного зрения выбор типа камеры или сканера осуществляется, как правило, на основе требований не к собственному, а к внешнему пространственному разрешению.

Внешнее пространственное разрешение по своему смыслу характеризует размер мельчайших деталей реальной сцены, которые можно различить на изображении.

Традиционно для характеристики пространственного разрешения аналоговых телевизионных систем применялся критерий количества пар различимых линий. Имеется в виду следующий тестовый эксперимент. Пусть имеется тестовое изображение (таблица, test field), состоящее из вертикальных линий шириной W, разделенных промежутками толщиной также W. В такой таблице ширина пары близко расположенных линий будет 2W, и на некоторой единице длины разместится соответственно 1/2W таких пар линий. В этом смысле говорят, что данное устройство обеспечивает, например, 100 различимых пар линий на миллиметр объектного пространства.

Для цифровых фотоаппаратов, цифровых видеокамер и фреймграбберов удобнее использовать такую характеристику внешнего разрешения как цена пикселя или пиксельное разрешение. Допустим, собственное разрешение камеры по горизонтали составляет 640 пикселей. Пусть при этом производится съемка некоторой области объектного пространства, горизонтальный размер которой составляет (на стандартной дальности съемки) порядка 6,4 метра. Тогда внешнее пространственное разрешение одного пикселя в горизонтальном направлении составит соответственно 6,4м/640=0,01м=1см.

Для оптических сканеров, предназначенных для сканирования документов, исторически утвердилась такая характеристика внешнего разрешения как DPI (dots per inch) – количество отсканированных точек на дюйм расстояния. Если внешнее разрешение камер и фотоаппаратов нельзя охарактеризовать как заведомо низкое или высокое, поскольку такая оценка зависит от оптики (при замене объектива на объектив с другим фокусным расстоянием внешнее разрешение системы сразу изменяется) и требований данной конкретной задачи (большая или меньшая точность измерений нам нужна), то для сканерной характеристики DPI такие качественные оценки существуют. Они связаны с требованиями систем автоматического распознавания текстов, а также с требованиями издательских систем к растровым изображениям, отсканированным для печати. Считается, что разрешение ниже 300 dpi – это «низкое» разрешение, порядка 600 dpi – «нормальное» или «среднее» разрешение, а свыше 1200 dpi – «высокое» разрешение. Часто производители оптических сканеров указывают для своих продуктов сразу две характеристики разрешения – «физическое» и «математическое» разрешение, причем «математическое» разрешение как минимум в два раза выше физического. Это объясняется тем, что в аппаратное или программное обеспечение сканера зашивается алгоритм межпиксельной интерполяции изображения, позволяющий создавать иллюзию более высокого разрешения, чем физически позволяет достигать количество элементов сканирующей линейки. На самом деле при выборе сканера для вашей конкретной задачи всегда следует опираться только на указанное «физическое» разрешение устройства.

Маленькое методическое замечание в заключение параграфа о разрешении. Почему и в каком смысле размер цифрового изображения является мерой его разрешения, если мы не знаем и не можем знать заранее, каково будет внешнее разрешение, полученное в дальнейшем «на местности»? Видимо, дело в том, что, опираясь на знание размера изображения (DimX  DimY), мы все-таки можем априори сказать, что разрешение на местности составит соответственно LX / DimX и LY / DimY, где (LX  LY) – размер поля зрения камеры в объектном пространстве. То есть разрешение цифрового изображения в пикселях обусловливает максимально возможное внешнее разрешение в относительных единицах – долях максимального размера регистрируемого объекта.