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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成像质量还是要于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采集速度于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


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。


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。


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,是指镜头设计能够适配最大相机靶面尺寸。

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


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)。


在保证像素数够用的前提下像元面积,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)。 


人眼帧率:

人眼能感知最低帧率: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


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,


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。


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

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