Determinar el tamaño del detalle resoluble más pequeño para una cámara dada

Mi pregunta genérica:

Dadas las especificaciones de la cámara, por ejemplo:

  • resolución de sensores,
  • área de imagen del sensor,
  • tamaño de píxel (área),
  • tamaño óptico,
  • distancia focal (relación),
  • fov (horizontal y/o vertical)

y la distancia a un objeto que se va a ver, ¿cómo puedo determinar el detalle más pequeño que puede resolver esta cámara?

Contexto:

Estoy tratando de construir un detector para detectar defectos en mis productos (bolas de plástico de unos 3 mm). Estos defectos tienen una variedad de tamaños, en promedio son de aproximadamente 100 micras, pero nos gustaría poder detectar 50 micras y más. Estas cuentas de plástico caerán a través de una tubería y haré que la cámara capture una imagen a medida que pasa y usaré un paso de procesamiento (basado principalmente en la diferencia de color) para encontrar cualquier defecto en la cuenta. Quiero que los defectos de tamaño de 50 micras o más se resuelvan bastante bien, es decir, los defectos de 50 micras tienen varias decenas o cientos de píxeles.

suena más como una pregunta para physics.stackexchange.com o engineering.stackexchange.com . Siento que este problema se resolvió antes, tal vez necesite algo que no esté basado en imágenes, sino en un solo detector. Por ejemplo, puede intentar que un rayo láser atraviese el tubo con perlas, su deflexión o atenuación, o el cambio en el perfil indicará un defecto. Y es mucho más rápido de analizar y más barato de construir, probablemente
Voto para cerrar esta pregunta como fuera de tema porque esta pregunta trata sobre la construcción de un detector, no sobre la producción de fotografías, y las respuestas técnicas que desea no son las mismas que las respuestas que serían útiles para el arte y la ciencia de fotografía.
@mattdm si las respuestas técnicas que quiere el OP no son parte de la ciencia de la fotografía, ¿qué es?
@BrandonDube La ciencia de la fotografía es la ciencia de hacer imágenes con luz. Se trata de la visión artificial. Las cosas que son importantes aquí no son lo mismo que las cosas que son importantes para hacer una fotografía por el bien de la fotografía.
No estamos de acuerdo en la definición de la ciencia de la fotografía.
@aaa No estoy preguntando sobre la construcción del detector, es solo el contexto para hacer mi pregunta. Mi pregunta: "¿Cuál es el detalle más pequeño que se puede resolver dadas las especificaciones de la cámara?" es igualmente aplicable a paisajes, naturalezas muertas, lo que quieras.
@mattdm Cualquier parte de la ciencia no es solo comprender el tema que está estudiando/observando, sino también comprender las herramientas que está utilizando para realizar dicha observación. Quiero saber más sobre las limitaciones de una determinada configuración de cámara específica que utilizo para observar a mi sujeto. Es irrelevante cuál es mi tema específico, aparte de que lo proporciono como una aclaración para hacer mi pregunta.
@nluigi este es uno de los "problemas XY". No está preguntando cómo resolver su problema real (detectar defectos), sino cómo implementar la solución propuesta. Al menos es menos efectivo. Esto podría aclarar las cosas meta.stackexchange.com/questions/66377/what-is-the-xy-problem
Esta es una pregunta perfectamente adecuada, y es algo en lo que los fotógrafos serios deberían estar muy interesados. Sí, la respuesta proviene de la física, pero eso es cierto para prácticamente todas las demás preguntas en algún nivel. Parte del oficio de la fotografía es tener una comprensión técnica profunda de cómo funcionan tus herramientas. Esta ridícula pedantería sobre lo que constituye la fotografía significaría que la mitad del contenido de los libros de Ansel Adams estaría fuera de tema aquí, lo que creo que es una actitud dañina y totalmente desconcertante para mí.
Sí, puedes tomar buenas fotografías sin conocimientos técnicos y, de hecho, muchas buenas fotografías se tomaron de esta manera, pero eso no significa que no debamos esforzarnos por lograr conocimientos técnicos, o que los conocimientos técnicos no tengan un efecto positivo en las fotografías que tomas. llevar.
Por ejemplo, la respuesta a esta pregunta influye directa e inequívocamente en la forma en que uno hace la astrofotografía, que es 100% sobre el tema aquí.
No me opongo a las preguntas sobre la ciencia de cómo funcionan los sistemas ópticos. Solo creo que en este caso particular, la respuesta tiene poca aplicabilidad más allá del caso de uso específico de la visión por computadora.
Pero está bien si no están de acuerdo. Por eso hay un sistema de votación. :)
Además, si hay un consenso general de que queremos abrir el sitio a más preguntas centradas en la visión por computadora u otro sistema de cámara, podemos hacerlo. Inicie una discusión sobre Photography Meta . No solo estoy arbitrariamente en contra de este tipo de preguntas, creo que son perjudiciales para el sitio por razones reales. Y creo que, como se sugirió en el primer comentario, uno de los otros sitios de la red probablemente sea más apropiado.
@mattdm: la búsqueda de "clasificador de gránulos de plástico" muestra equipos listos para ~ 10-50K. No estoy seguro de que vaya a hacer bricolaje (cámara, software, mecánica) por menos: alibaba.com/showroom/plastic-pellet-color-sorter.html - Es una pregunta interesante sobre la resolución, pero en última instancia es una pregunta sobre la maquinaria (o iniciar una hombre de negocios para competir con el equipo existente).

Respuestas (1)

Si desea decenas o cientos de píxeles por área de 50 micras, necesita un microscopio. Según el tamaño de su objeto, con esa resolución, desea al menos 10 px/50 um * 3000 um/50 um una vista de 600 px de ancho de su cuenta y hasta una vista de 6000 px de ancho de su cuenta.

Los tamaños de sensor comunes son 24x36 mm, 16x24 mm y más pequeños en cámaras industriales.

Vas a necesitar, aproximadamente, un aumento de 3-5x para los tamaños de sensor más grandes (36 mm y 24 mm), y menor para tamaños de sensor más pequeños (más cerca de 1x).

Compre objetivos de microscopio con este tipo de campo de visión. En su mayoría, todos tendrán difracción limitada, ish, en aperturas bastante grandes (f / 2 y más rápido). Puede usar 2.44 * longitud de onda * fno para obtener el tamaño del punto. En vis, eso es alrededor de 2,44*0,55*2 = 2,684 micras.

Un sensor de 16 mm de ancho con píxeles de 2,64 micrones tiene 5500 px de ancho.

Por lo tanto, no ha violado ningún límite de resolución, pero está operando cerca de ellos para su objetivo de 100px/50um.

No espero que encuentre un sistema que pueda obtener imágenes de una cámara a esta velocidad y procesarlas en algo parecido al tiempo real. Su mejor velocidad posible es probablemente 1-3 fps.

La distancia de trabajo de los microscopios suele/siempre es corta. Si eso no es adecuado para sus necesidades, necesita un sistema personalizado (esté preparado para gastar más de $ 100,000 por sistema) que estaría cerca de los límites de lo que es posible en cuanto a tamaños de elementos y resolución.

Gracias por su respuesta. Me pregunto cómo determinó qué ampliación se necesitaba a partir del campo de visión requerido y el tamaño del sensor de imagen. ¿No necesitas una distancia de trabajo para esto?
Su objeto tiene 3 mm de ancho y desea que encaje en el sensor. Por lo tanto, la imagen puede tener como máximo [dimensión corta] larga, generalmente un poco menos para permitir algún error de posicionamiento. 16/3 ~= 5, lo redondeé a 3-5x. Rellenar significativamente el sensor de forma insuficiente requerirá el procesamiento de muchos píxeles "de desecho" y también aumentará los requisitos de resolución del sistema.
Determinar el tamaño del detalle resoluble más pequeño para una cámara dada
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