理解机器视觉中的亚像素

首先明确一个本质，亚像素并不是像像素那样，在物理结构上存在的，而是一种数学计算的结果，是一种虚拟出来的，为了精确度而服务的概念。

在计算机视觉和图像分析的背景下，“亚像素”是指以小于一个像素的精度测量或操作图像数据的能力。可以这样理解，由于现在的技术手段限制，在宏观上像素是连续的，而在微观上，像素之间其实有几微米的距离，是离散的，不连续的，无论像素有多密集，在连续尺度上观察时，样本之间总是会有间隙。这就导致像素之间其实没有“像素”，为了服务高精度的需求，就有必要在像素之间插入亚像素，使其有更高的“分辨率”。

物理技术限制了像素不能连续：
制造业的挑战:
由于物理和量子的限制，目前的制造技术不能制造无限小或无限大密度的像素。
光学衍射:
光是有波长的，所以不能聚焦到任意小的一点上。这是一个基本的极限，称为衍射极限。
功率和处理限制：
更高的像素密度需要更多的处理能力和带宽，这可能并不适用于所有应用程序。

许多算法（例如，特征检测，边缘检测，光流）要求精度超过图像的网格分辨率。使用数学插值或拟合技术实现亚像素精度。也可能应用在高精度测量（如显微镜、卫星成像），改进的特征定位（例如，检测圆的中心或形状的角）等地方。

如何实现亚像素精确度？

亚像素精度技术：
插值:
使用双线性、双三次或样条插值来估计像素中心之间的值。
配件:
拟合曲线（例如高斯曲线或抛物线曲线）到像素强度轮廓以定位亚像素特征。
阶段的相关性:
移动和匹配特征使用相位相关方法亚像素对齐。