友发来两个小项目，要求亚像素精度。突然想问几个问题：1、何为亚像素？2、何为亚像素精度？3、使用亚像素测量，系统应注意什么？

1、何谓亚像素？

面阵摄像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。摄像机拍摄时，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。为了最大限度利用图像信息来提高分辨率，有人提出了Sub-Pixel概念。意思是说，在两个物理像素之间还有像素，称之为Sub-Pixel，如果原始图像是n行m列的，希望做k细分的Sub-Pixel，这样就有新的行N和列M，有N = k*nM = k*m原来相邻4个像素包含的区域现在变成了(k+1)*(k+1)的区域了；要填满这个(k+1)*(k+1)的区域，从一个小正方形映照到一个大正方形。

2、何谓亚像素精度？

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。

由上图可知，检测结果为对“插值后图像”处理的结果，由于图像分辨率提高了一倍，故用于表示小圆直径的像素数量也增加了一倍，这就是一阶亚像素元技术。我们在每两个像素之间插值一个像素，这样本来是120万像素的图像，插值后的实际处理图像就是240万像素了，相当于把一个像素拆分为1/2，同理依次有1/3拆分、1/4拆分等，一些优秀的算法甚至可以达到1/100拆分，同时还能保证处理速度。亚像素元技术相对于传统方案，检测精度是提升了1倍吗？

3、3、使用亚像素测量，系统应注意什么？

在图像上，通过算法对图像插值，是不存在任何问题的。然而，一个重大的误差来源是，成像系统。

a、如果摄像机没有进行几何标定，以亚像素准确度提取边缘是无意义的。假设在整个视野内某镜头的畸变小于1%，这意味着对于一幅640x480图象，边缘偏移4像素。

b、图象透视失真造成的影响。任何时候如果在安装摄像机时不能保证其垂直于被测物体，那么都会引发透视失真。如果对摄像机进行了标定，确定了摄像机内方位参数以及被测物体所在平面的外方位参数，那么通过此标定就能将图象中得到的测量结果转换成世界坐标上的测量结果。

为了得到准确的亚像素精度级的测量，首先摄像机和图象采集设备的灰度值响应应该是线形的。为了保证这个前提，应对摄像机进行辐射标定。此外，被选用的镜头其像差(如彗差和像散应该非常小)。还应该使用单色光以避免色差的影响。另外，摄像机的填充因子应该尽可能的大以避免“盲点”的影响。最后，应对相继进行几何标定以获取有意义的测量结果。

Halcon实践

1、亚像素精度阈值分割

threshold_sub_pix(Image : Border : Threshold : )

2、亚像素轮廓查找

edges_sub_pix(Image : Edges : Filter, Alpha, Low, High : )

zero_crossing_sub_pix(Image : ZeroCrossings : : )

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