在機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中，相機(jī)和鏡頭的選型是關(guān)鍵步驟之一，直接影響到最終的成像質(zhì)量和檢測(cè)效果。以下是詳細(xì)的選型步驟和計(jì)算方法：
1. 相機(jī)選型
1.1 分辨率
定義：相機(jī)每次采集圖像的像素點(diǎn)數(shù)，一般對(duì)應(yīng)于光電傳感器靶面排列的像元數(shù)。
計(jì)算公式：分辨率 = 感光芯片尺寸 / 像素尺寸。
常見(jiàn)分辨率：795×596，1024×1024，2048×2048，5320×5320等。
1.2 面陣相機(jī) vs 線陣相機(jī)
面陣相機(jī)：適用于靜止檢測(cè)或低速檢測(cè)。
線陣相機(jī)：適用于大幅面高速運(yùn)動(dòng)或滾軸等特殊應(yīng)用。
1.3 幀率
定義：相機(jī)每秒能拍攝的圖像張數(shù)。
選擇原則：盡可能選擇靜止檢測(cè)以降低成本，但若被測(cè)物體有運(yùn)動(dòng)要求，需選擇幀數(shù)較高的工業(yè)相機(jī)。
1.4 像元尺寸
定義：傳感器上一個(gè)物理像元的尺寸。
常見(jiàn)尺寸：3.45μm，6.45μm，7μm，9μm，10μm，14μm等。
2. 鏡頭選型
2.1 焦距
定義：從鏡頭中心點(diǎn)到膠平面上所形成的清晰影像之間的距離。
計(jì)算公式：
f = \frac{WD \times PMAG}{1 + PMAG}
其中，
是工作距離，
PMAG
是圖像放大倍數(shù)。
2.2 圖像放大倍數(shù)
計(jì)算公式：
Sensor?Size?(mm)
Field?of?View?(mm)
PMAG = \frac{\text{Sensor Size (mm)}}{\text{Field of View (mm)}} = \frac{Hi}{Ho}
Field?of?View?(mm)
Sensor?Size?(mm)
2.3 工作距離
定義：鏡頭第一個(gè)工作面到被測(cè)物體的距離。
計(jì)算公式：
LE = Di – f = PMAG \times f
2.4 視野范圍
定義：相機(jī)實(shí)際拍到區(qū)域的尺寸。
計(jì)算公式：
Sensor?Size?(mm)
Magnification
FOV = \frac{\text{Sensor Size (mm)}}{\text{Magnification}}
Magnification
Sensor?Size?(mm)
2.5 光圈系數(shù)
定義：鏡頭焦距
和通光孔的直徑
的比值。
計(jì)算公式：
F = \frac{f}{D}
2.6 景深
定義：被拍攝物體聚焦清楚后，在物體前后一定距離內(nèi)，其影像仍然清晰的范圍。
影響因素：光圈越大，景深越??；光圈越小，景深越大；焦距越長(zhǎng)，景深越??；焦距越短，景深越大。
3. 選型步驟
3.1 面陣相機(jī)選型
確定彩色或黑白：根據(jù)應(yīng)用需求選擇。
確定分辨率：根據(jù)待測(cè)物體的尺寸和檢測(cè)精度計(jì)算所需分辨率。
確定幀率：根據(jù)物體位置變化速度推算所需幀率。
選擇數(shù)據(jù)輸出方式：根據(jù)系統(tǒng)需求選擇合適的輸出方式。
光照條件：考慮是否需要特定的光照條件。
相機(jī)控制：考慮是否需要對(duì)相機(jī)進(jìn)行控制。
3.2 線陣相機(jī)選型
確定分辨率：根據(jù)水平方向的精度要求計(jì)算所需分辨率。
確定行掃描速度：根據(jù)物體運(yùn)動(dòng)速度推算所需行掃描速度。
工作方式：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件決定相機(jī)的工作方式。
數(shù)據(jù)輸出方式：通常選擇較少。
光照條件：考慮是否需要特定的光照條件。
相機(jī)控制：考慮是否需要對(duì)相機(jī)進(jìn)行控制。
示例計(jì)算
假設(shè)需要檢測(cè)一個(gè)7cm高的物體，傳感器成像面高度為7.7mm，工作距離為30cm，計(jì)算所需鏡頭焦距：
計(jì)算圖像放大倍數(shù)：
7.7
?mm
?mm
0.11
PMAG = \frac{7.7 \text{ mm}}{70 \text{ mm}} = 0.11
?mm
7.7
?mm
0.11
計(jì)算所需鏡頭焦距：
?cm
0.11
0.11
3.3
?cm
1.11
2.97
?cm
29.7
?mm
f = \frac{30 \text{ cm} \times 0.11}{1 + 0.11} = \frac{3.3 \text{ cm}}{1.11} \approx 2.97 \text{ cm} = 29.7 \text{ mm}
0.11
?cm
0.11
1.11
3.3
?cm
2.97
?cm
29.7
?mm
通過(guò)以上步驟和計(jì)算方法，可以有效地選擇合適的機(jī)器視覺(jué)相機(jī)和鏡頭，確保系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中達(dá)到最佳的成像效果和檢測(cè)精度。
