在机器视觉系统中，相机和镜头的选型是关键步骤之一，直接影响到最终的成像质量和检测效果。以下是详细的选型步骤和计算方法：
1. 相机选型
1.1 分辨率
定义：相机每次采集图像的像素点数，一般对应于光电传感器靶面排列的像元数。
计算公式：分辨率 = 感光芯片尺寸 / 像素尺寸。
常见分辨率：795×596，1024×1024，2048×2048，5320×5320等。
1.2 面阵相机 vs 线阵相机
面阵相机：适用于静止检测或低速检测。
线阵相机：适用于大幅面高速运动或滚轴等特殊应用。
1.3 帧率
定义：相机每秒能拍摄的图像张数。
选择原则：尽可能选择静止检测以降低成本，但若被测物体有运动要求，需选择帧数较高的工业相机。
1.4 像元尺寸
定义：传感器上一个物理像元的尺寸。
常见尺寸：3.45μm，6.45μm，7μm，9μm，10μm，14μm等。
2. 镜头选型
2.1 焦距
定义：从镜头中心点到胶平面上所形成的清晰影像之间的距离。
计算公式：
f = \frac{WD \times PMAG}{1 + PMAG}
其中，
是工作距离，
PMAG
是图像放大倍数。
2.2 图像放大倍数
计算公式：
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 工作距离
定义：镜头第一个工作面到被测物体的距离。
计算公式：
LE = Di – f = PMAG \times f
2.4 视野范围
定义：相机实际拍到区域的尺寸。
计算公式：
Sensor Size (mm)
Magnification
FOV = \frac{\text{Sensor Size (mm)}}{\text{Magnification}}
Magnification
Sensor Size (mm)
2.5 光圈系数
定义：镜头焦距
和通光孔的直径
的比值。
计算公式：
F = \frac{f}{D}
2.6 景深
定义：被拍摄物体聚焦清楚后，在物体前后一定距离内，其影像仍然清晰的范围。
影响因素：光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大；焦距越长，景深越小；焦距越短，景深越大。
3. 选型步骤
3.1 面阵相机选型
确定彩色或黑白：根据应用需求选择。
确定分辨率：根据待测物体的尺寸和检测精度计算所需分辨率。
确定帧率：根据物体位置变化速度推算所需帧率。
选择数据输出方式：根据系统需求选择合适的输出方式。
光照条件：考虑是否需要特定的光照条件。
相机控制：考虑是否需要对相机进行控制。
3.2 线阵相机选型
确定分辨率：根据水平方向的精度要求计算所需分辨率。
确定行扫描速度：根据物体运动速度推算所需行扫描速度。
工作方式：根据现场条件决定相机的工作方式。
数据输出方式：通常选择较少。
光照条件：考虑是否需要特定的光照条件。
相机控制：考虑是否需要对相机进行控制。
示例计算
假设需要检测一个7cm高的物体，传感器成像面高度为7.7mm，工作距离为30cm，计算所需镜头焦距：
计算图像放大倍数：
7.7
mm
mm
0.11
PMAG = \frac{7.7 \text{ mm}}{70 \text{ mm}} = 0.11
mm
7.7
mm
0.11
计算所需镜头焦距：
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
通过以上步骤和计算方法，可以有效地选择合适的机器视觉相机和镜头，确保系统在实际应用中达到最佳的成像效果和检测精度。
