什么叫工业视觉（视觉系统硬件选型简单概述）

视觉系统硬件选型简单概述

机器视觉大体流程

照射光照射在目标表面            ，被目标物反射  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  ，反射光经过镜头进入相机












，目标物的图像就会聚集在CCD图像单元上
  
  
  
  
  
  
，

然后通过A/D转换成数字图像  
  
  
  
  
  
 ，再进行处理
 


 


 


 


 


 


 ，最后输出结果

相机成像大体流程：

光线
 
 
 
 
 
 
，经过镜头照射在感光传感器上（CCD或者CMOS)   
   
   
   
   
   
 ，产生模拟电流信号
 

 

 

 

 

 

 ，信号经过模数转换器转换成数字信号

 

 

 

 

 

 
，然后传递到图像处理器SDP             ，得到图像
 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 ，最后图像存储到存储器或者采集卡传入电脑
  
  
  
  
  
  
 。

相机的芯片分类

相机的芯片类型分类

相机的信号分类

相机的颜色分类：

工业相机术语

分辨率

相机分辨率用于衡量相机对物像中明暗细节的分辨能力 
  
  
  
  
  
 。

像元尺寸

1.像元大小和像元数（分辨率）共同决定了摄像机靶面的大小 


 


 


 


 


 


 
。

2.一般像元尺寸约小












，制造难度越大                   ，图像质量也约不容易提高
 
 
 
 
 
 
。

芯片尺寸

通常芯片尺寸与分辨率是对应的 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ，如500W相机2.2um像元为1/2.5

3.45um像元为2/3,4.8um像元为1英寸

芯片尺寸=像元尺寸X分辨率

精度

单位像素所代表的实际视野



















，数值越小精度越高

精度=视野÷分辨率

1200万像素相机（40003000 pix）拍摄视野为8060mm的图片            ，那么理论精度为多少？

80÷4000=0.02 mm/pix

理论精度为2丝

拖影

一次曝光时间里  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  ，物体移动超过一个像素












，图像上就会产生拖影
  
  
  
  
  
  
，因此可以计算出产生拖影的临界曝光时间  
   
   
   
   
   
  。

曝光时间<=精度÷运动速度

需要拍摄理论精度0.1mm/pix  
  
  
  
  
  
 ，运动速度0.1米/秒的物体
 


 


 


 


 


 


 ，最大曝光时间是多少？

0.1mm÷100mm/s=0.001s=1ms=1000μs

相机的选型

1.分辨率

客户提供其需要的精度与视野大小
 
 
 
 
 
 
，那么求取分辨率关系如下：

分辨率（L/W)=视野（L/W)÷精度

假设视野3224mm精度要求0.05mm

那么相机的像素长度=32÷0.05=640 PIX

相当于需要 640480=307200=30W像素的相机

此计算为理论精度   
   
   
   
   
   
 ，并不代表系统精度 

 

 

 

 

 

 
。

2.颜色

通常视觉中我们选择黑白相机
 

 

 

 

 

 

 ，只有需要彩色图像时才会考虑彩色相机

 

 

 

 

 

 
，这是因为机器视觉中黑白图像的算法比较多             ，黑白相机使用光源成像质量要比彩色相机使用复合白光质量要好

 

 

 

 

 

 
。

3.传感器类型

拍摄目标静态
 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 ，为了节约成本优先考虑cmos相机             。运动拍摄（飞拍）则优先考虑CCD相机 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
。

4.传感器尺寸

在分辨率足够的情况下












，优先使用尺寸大的像元                   ，但同时需要考虑靶面大小 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ，通常靶面越大



















，相机和镜头的价格越高












。

5.相机镜头接口

一般相机都是C/CS接口            ，需要考虑与镜头的对接                   。如果有其他接口的镜头  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  ，需要考虑相机的接口 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
。

6.相机输出接口

同等价位像素条件下优先选择实际输出速度快的接口类型


















。

如CameraLink>USB3.0>GigE>1394>USB2.0              。

相机接口

工业镜头术语

焦距

镜头焦距是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式












，指从透镜中心到光聚集之焦点的距离 
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
。

镜头焦距的大小决定着视场角的大小
  
  
  
  
  
  
，拍摄得工作距离  
  
  
  
  
  
 ，成像视野大小和景深大小











。

常用的焦距有8.12.16.25.35.50等

光圈

一个用来控制光线透过镜头
 


 


 


 


 


 


 ，进入相机感光面的装置
  
  
  
  
  
  
 。相对孔径一般刻在镜头上如1:2.8和1:4等 
  
  
  
  
  
 。

分辨率

分辨率是代表镜头记录物体细节的能力
 
 
 
 
 
 
，常以每毫米里面能分别黑白线对数量为计量单位：线对/毫米（lp/mm）

放大倍率

放大倍率定义为图像的大小与物体大小之比   
   
   
   
   
   
 ，在一个视场
 

 

 

 

 

 

 ，成像大小铺满整个芯片

 

 

 

 

 

 
，即： 放大倍率=芯片尺寸÷视野=像元尺寸÷精度

最小工作距离

镜头能够对焦清晰的最小工作距离 


 


 


 


 


 


 
。

景深

在对焦清晰的平面前后             ，存在一段仍然能够清晰成像的距离
 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 ，称谓景深
 
 
 
 
 
 
。通俗讲再聚焦完成后












，在焦点前后范围内都能能够形成清晰的图像                   ，这一前一后的距离范围叫景深  
   
   
   
   
   
  。

畸变

镜头在成像时 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ，特别是用焦距短的镜头拍摄大视场



















，图像会产生变形            ，这种情况叫做镜头的畸变 

 

 

 

 

 

 
。拍摄场景越大  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  ，所用镜头焦距约短












，畸变程度越明显

 

 

 

 

 

 
。

焦距计算：

CCTV镜头焦距： 焦距f=WD×(芯片尺寸长边÷FOV长边） 注意：当视野长宽比<芯片的长宽比时
  
  
  
  
  
  
，需要用短边计算

远心镜头：

放大倍率=芯片尺寸长边÷FOV长边 注意：当视野长宽比<芯片的长宽比时  
  
  
  
  
  
 ，需要用短边计算

相机间参数相互影响的关系

1.焦距大小的影响情况

焦距越小
 


 


 


 


 


 


 ，景深越大； 焦距越小
 
 
 
 
 
 
，畸变越大； 焦距越小   
   
   
   
   
   
 ，渐晕现象越严重
 

 

 

 

 

 

 ，使像差边缘照度降低             。

2.像场中央与边缘

一般像场中心较边缘分辨率高； 一般像场中心较边缘光场照度高 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
。

3.光圈大小的影响情况

光圈越大

 

 

 

 

 

 
，图像亮度越高； 光圈越大             ，景深约小； 光圈越大
 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 
 

 ，分辨率越高； 光圈越大












，渐晕现象越严重                   ，光场照度越不均匀












。

4.光源波长的影响

在相同相机镜头参数条件下 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ，光源波长越短



















，得到的图像分辨能力越高                   。 所以需要精密尺寸及位置测量的视觉系统中            ，尽量采用短波的单色光作 为照明光源  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  ，可以提高系统精度 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
。

工业相机的选择要点

1.视野范围            、光学放大倍数及期望的工作距离：在选择镜头时












，我们会选择比被测物体视野稍大一点的镜头
  
  
  
  
  
  
，有利于运动控制


















。 2.景深要求：对于对景深有要求的项目  
  
  
  
  
  
 ，尽可能使用小光圈；在选择放大倍率的镜头时
 


 


 


 


 


 


 ，在项目许可下尽可能选用低倍率镜头；如果项目要求比较苛刻时
 
 
 
 
 
 
，倾向选择高景深的尖端镜头             。 3.芯片大小和相机接口：例如2/3镜头支持最大的工业相机耙面为2/3   
   
   
   
   
   
 ，它是不能支持1英寸以上的工业相机 
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
 
  
。 4.注意与光源的配合
 

 

 

 

 

 

 ，选配合适的镜头











。 5.可安装空间：在方案可选择情况下

 

 

 

 

 

 
，让客户更改设备尺寸是不现实的
  
  
  
  
  
  
 。