工业相机选型（自用笔记）

可参考链接：

相机和镜头选型需要注意哪些问题_靶面尺寸-CSDN博客

工业相机选型方法_ccd工业相机选型步骤-CSDN博客

1、相机

1.1 传感器类型(CCD/CMOS)

CCD相机：

1）目标是运动的则优先考虑。

2）需要高质量图像，如进行尺寸测量，可以考虑CCD。

（因为在小尺寸的传感器里，CCD的成像质量还是要优于CMOS的。）

注：CCD工业相机主要应用在运动物体的图像提取，在视觉自动检查的方案或行业中一般用CCD工业相机比较多。

CMOS相机：

1）拍摄目标是静态不动的，为了节约成本可考虑使用。

2）需要高采集速度，可以考虑CMOS相机。

（因为CMOS的采集速度会优于CCD。）

1.2 通讯方式(接口)

USB接口：（USB 3.0接口简单易用，实时性好）支持热拔热插、使用便捷、标准统一、可连接多个设备、相机可通过USB线缆供电。但没有标准的协议、主从结构，CPU占用率高、带宽没有保证。usb3.0的接口一般都是可以自供电。但是也可以再接一个电源，假如usb接口供电不稳定的话，那么就可以选择外接电源来进行供电。

RJ45水晶头：1111

Gige千兆以太网接口：（简单方便的进行多相机设置，支持100米线材输出）是一种基于千兆以太网通信协议开发的相机接口标准；适用于工业成像应用，通过网络传输无压缩视频信号；展性好，传输数据长度最长可伸展至100m（转播设备上可无限延长）；带宽达1Gbit，因此大量的数据可即时得到传输；可使用标准的NIC卡（或PC上已默认安装）；经济性好，可使用廉价电缆（可使用通用的Ethernet电缆（CAT-6）和标准的连接器；可以很容易集成，且集成费用低；可管理维护性及广泛应用性。

Camerlink接口(最快)：（专门针对高速图像数据需求的标准接口）是一种串行通讯协议。采用LVDS接口标准，具有速度快、抗干扰能力强、功耗低。从Channel link技术上发展而来的，在Channel link技术基础上增加了一些传输控制信号，并定义了一些相关传输标准。协议采用MDR-26针连接器。高速率，带宽可达6400Mbps、抗干扰能力强、功耗低。（会带有采集卡，高速带宽。）

（目前在机器视觉中，应用最广泛的接口是Gige（以太网）接口，以太网接口在传输速度、距离、成本等方面较其他接口具有很大的优势。）

1.3 【相机】分辨率

相机的分辨率是指单位距离的像用多少个像素表示(单位距离的像的 像素表示量)。

相机的分辨率与像元尺寸大小有关。

一般分辨率长短边比是4比3，如：

130w镜头分辨率是 1280*1024

500w镜头分辨率是 2592*2048

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例：

物体宽高为：100*200 W*H (公制单位mm)

要求精度是0.1

一般是以更长的边为准，即200

则 所需分辨率：200/0.1=2000，(每个像素代表了0.1mm)，即需选用500w镜头。

又因：

需要给些容错范围(3~5像素)：换成精度为0.03~0.02，以0.02为例：

所需分辨率变成：200/0.02=10000，分辨率一般4比3，则10000*7500

得到所需分辨率大概是10000*7500

照相机时则可以这个为准去找。

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130w镜头分辨率是1280*1024

1280为较大的分辨率边，物体100*200中 200为较长的边

则可代表的单位像素：200/1280=0.15625，即一个像素大概代表0.15625mm。

1.4 【相机】靶面尺寸 (传感器尺寸参数)

靶面尺寸即用于接收光信号的传感器的尺寸，指的是传感器（工作区域为矩形）对角线长度，单位为英寸，但这里的英寸并不是常规的1英寸等于25.4mm的定义，而是一个历史遗留的标准，通常指的是早期摄像管的尺寸，约为16mm。

相机的靶面尺寸越大则可获得的视野范围越大。(优先选大的)

 常用的靶面尺寸：
1.1英寸——靶面尺寸为宽12mm*高12mm，对角线17mm

1英寸 ——靶面尺寸为宽12.7mm*高9.6mm，对角线16mm

2/3英寸——靶面尺寸为宽8.8mm*高6.6mm，对角线11mm

1/1.8英寸——靶面尺寸为宽7.2mm*高5.4mm，对角线9mm

1/2英寸——靶面尺寸为宽6.4mm*高4.8mm，对角线8mm

1/3英寸——靶面尺寸为宽4.8mm*高3.6mm，对角线6mm

1/4英寸——靶面尺寸为宽3.2mm*高2.4mm，对角线4mm

2、镜头

2.1 视场角(FOV)(视野范围)

视角FOV是指镜头所能覆盖的范围。(相机实际拍摄到的区域尺寸)

一个摄像机镜头能涵盖多大范围的景物，通常以角度来表示，这个角度就叫镜头的视角FOV。

2.2 【镜头】分辨率

镜头分辨率是指解像力。

这只是单纯镜头本身的参数，只反映镜头的解析能力，而和相机多少像素、分辨率均无关！只与镜头成像质量有关，通常镜头分辨率指的是解像力。

镜头只与解像力有关，越高质量的镜头，解像力越高，通常称为“锐度越高”，所拍照片也自然越清晰。

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选择思路：

在保证镜头的焦距和靶面尺寸满足需求的前提下，一定要确保，镜头的分辨率要高于相机的分辨率，这样可以把相机和镜头的潜力都发挥出来。

但是如果镜头的分辨率太低，那再好的相机，高质量的成像效果也得不到了。

但是也不需要无限的高，否则镜头的分辨率又被浪费了。

2.3 【镜头】靶面尺寸

镜头的靶面尺寸，是指镜头设计时能够适配的最大的相机靶面尺寸。

若相机靶面尺寸大于镜头靶面尺寸， 则会在画面四个角形成暗影或黑角，相当于相机传感器四周未被曝光，

若镜头的靶面尺寸过大，则会造成镜头性能的浪费。

（镜头靶面尺寸要>=机靶面尺寸，但也不能过大）

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镜头拿东西给相机。

镜头给小，相机准备的空间大，则会有空的位置。(尺寸为相机>镜头，四周黑角)

           大，                         小，则镜头给的东西每装完，有浪费了。(尺寸为相机<镜头，镜头性能浪费)

2.4 像元尺寸

像元就是传感器上的感光单元，这些感光单元可以把光信号转换为电信号。

如像元尺寸为4.8um*4.8um。像元有方形的也有长方形的。

是指一个像素在长和宽方向上所代表的实际大小，单位一般都是微米（μm）。

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在保证像素数够用的前提下，像元面积越大越好，画幅越大越好。

2.5 帧率

帧率是对帧数随时间变化的一种度量，指的是每秒钟播放多少帧。

单位是fps，即 frame per second (每秒传输帧数)。 

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人眼帧率：

人眼能感知的最低帧率：10~12帧每秒(低于该值会被认为是单独的帧数而不是来连续运动)

能呈现连续流畅远动的最低帧率：24帧每秒

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130w镜头 分辨率是 1280*1024，帧率 88

500w镜头 分辨率是 2592*2048，帧率 22

2.6 光圈（Iris）

是一个用来控制光线通过镜头，进入机身内感光面光量的装置。

原理：

当光线不足时，我们把光圈调大，自然可以让更多光线进入相机，反之亦然。

除了调整进光量之外，光圈还有一个重要的作用：调整画面的景深。

用F表示，以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量，每个镜头上都标有最大F值，例如：8mm/F1.4代表最大孔径D为5.7mm，F值越小，光圈越大，F值越大，光圈越小。

2.7 焦距

焦距就是从镜头的中心点到胶平面（胶片或CCD）上所形成的清晰影像之间的距离。

注意区分相机的焦距与单片凸透镜的焦距是两个概念。

因为相机上安装的镜头是多片薄的凸透镜组成，单片凸透镜的焦距是平行光线汇聚到一点，这点到凸透镜中心的距离。

焦距的大小决定着视角大小。

焦距数值小，视角大，所观察的范围也大；

焦距数值大，视角小，观察范围小，

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工业相机镜头焦距的参数用mm（毫米）来划分的， 常规的有6mm, 8mm, 12mm,16mm,25mm ,35mm , 50mm,75mm.一般6mm镜头在15m以内，8mm镜头在20m以内，视角约50度，12mm在30-40m以内，约30度，16mm在40-60以内。

3、辅助镜片

3.1 偏光镜(去噪)

偏光镜是根据光线的偏振原理制造的镜片，用来排除和滤除光束中的直射光线，使光线能于正轨之透光轴投入眼睛视觉影像，使视野清晰自然 。多用于太阳镜和照相机镜头。

工作原理：

选择性地过滤来自某个方向的光线。

通过过滤掉漫反射中的许多偏振光，从而减弱天空中光线的强度，把天空压暗，并增加蓝天和白云之间的反差。

3.2 滤光镜(光谱过滤)

作用：通过选择性地 控制不同波长的光透射。

可见光：波长380~780nm

3.3 偏振镜(滤除反光)

最简单地解释：可以滤除反光。

自然光从光源发射出来，被物体的表面反射以后，光的属性就被偷偷改变了，我们将这种光叫做偏振光。

人的眼睛无法辨识偏振光和自然光的不同，所以我们不能直观的“看到”这个变化。

但偏振镜就像是一个过滤器，它允许自然光通过，却可以拦截一些偏振光，这样就可以人为的去除“反光”的影响。

4、光源

参考链接：光源篇 机器视觉检测的基础知识（二） | 基恩士中国官方网站 (keyence.com.cn)

4.1 同轴光源

同轴光源主要由高密度LED和分光镜组成。

LED发出光经过分光镜后，跟CCD和相机在同一轴线上，光源前面带漫反射板，可消除采集图像的重像，均匀性好。

对于光洁表面的异常特征成像突出。

对于局部凹陷或刮痕有非常好的表现力。

高强度均匀的光线通过分光镜后与镜头同轴的光线，采用特殊材料抑制反光造成的重影，提高成像清晰度。

同轴光源具有亮度高、可有效消除图像重影、光线均匀的特点，适合范围广泛。

适用于反光率高的被测面的划痕、表面缺陷检测、印字检测、物体边缘定位。

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原理：

光源通过漫射板发散打到半透半反射分光片上，该分光片将光反射到物体上，再由物体反射到镜头中。

由于物体反射后的光与相机处于同一轴线上，因此，此种方式的光源被称之为同轴光。

同轴光有何特点

• 漫射
• 均匀
• 直上镜头

什么情况下需要使用此光源
　　表面平整的情况下。根据同轴光的特点，只有平整的物面才能较好的将光反射到镜头中。不平整的物面上的光被斜着反射到其他地方，因此会在图像中呈现暗色。因此。那些不平整的地方，才能够较好的凸显出来。

使用此光源时需要注意的地方
       同轴光不能离物体太近，否则会因为其发光面的漏光而导致光面不是漫射的均匀光。
       同轴光由于中间有块半透半反射玻璃，且当同轴光用于物体和镜头之间时，会影响成像的精度。其可能导致边缘变虚，不够锐利。

4.2 环形光源

（这里指的普通环形光源）

环形光最大的特征，是能够避免对角照射产生阴影问题，从而更好突出物体的三维信息。

环形光源通常直接在透镜上安装，从而减少阴影，在正确距离内使用时可提供均匀照明。

4.3 平面光源

平面光源，也称面光源，用作背光源较多，与背光源混淆相称。

LED经光学优化设计后，均布于光源底部，经过特殊扩散材料后在其表面形成一片均匀的照射光。

具有更好的均匀性，光线柔和自然，亮度高，可定制多色背光，适用于特殊场合。

4.4 条形光源

条形光源内部结构通常采用 LED 成直线或直线组合排列，照明效果符合直线性规律。

可对长尺区域进行均匀照射，同时通过角度改变可以完成多种照明效果。

用于照度高，指向性强的反射照明检测、线扫描相缺陷检测，如印刷品检测、玻璃、布匹检测、LCD 面板检测、AOI 检测等。

4.5 碗型光源

常见的LED光源，可以实现照明效果是均匀的无影光。

（利用散射光使被照明的表面亮度一致，避免产生反光不均匀的地方或晕光）

适用于需要识别物体表面的文字或花纹的情况。

4.6 低角度光源

和同轴光源的平行照射的理念正好相反，通过从小角度或几乎平行的角度照射LED，可仅突出边缘，轮廓或者表面的缺陷划伤。