機(jī)器視覺(jué)相機(jī)鏡頭選型與應(yīng)用

機(jī)器視覺(jué)

相機(jī)、鏡頭(jìngtóu)介紹

AnIntroductionofMachineVisionCameraandLens

蘇州方向科技(kējì)有限公司版權(quán)所有很好SuzhouCompassTechnologyCorp.Ltd.Copyrights?2011-2012精品資料Topic內(nèi)容(nèiróng)機(jī)器視覺(jué)相機(jī)、鏡頭基礎(chǔ)知識(shí)典型(diǎnxíng)案例精品資料工業(yè)(gōngyè)相機(jī)相機(jī)(xiàngjī)常見(jiàn)分類按照芯片類型可以分為CCD相機(jī)(xiàngjī)、CMOS相機(jī)(xiàngjī)；按照傳感器的結(jié)構(gòu)特性可以分為線陣相機(jī)(xiàngjī)、面陣相機(jī)(xiàngjī)；按照掃描方式可以分為隔行掃描相機(jī)(xiàngjī)、逐行掃描相機(jī)(xiàngjī)；按照分辨率大小可以分為普通分辨率相機(jī)(xiàngjī)、高分辨率相機(jī)(xiàngjī)；按照輸出信號(hào)方式可以分為模擬相機(jī)(xiàngjī)、數(shù)字相機(jī)(xiàngjī)；按照輸出色彩可以分為單色（黑白）相機(jī)(xiàngjī)、彩色相機(jī)(xiàngjī)；

精品資料工業(yè)(gōngyè)相機(jī)的基本參數(shù)

1.分辨率(Resolution):相機(jī)每次采集圖像的像素點(diǎn)數(shù)(Pixels)，對(duì)于數(shù)字工業(yè)相機(jī)機(jī)一般是直接與光電傳感器的像元數(shù)對(duì)應(yīng)的，對(duì)于模擬相機(jī)機(jī)則是取決于視頻制式，PAL制為768*576，NTSC制為640*480。2.像素深度(PixelDepth):即每像素?cái)?shù)據(jù)的位數(shù)，一般常用的是8Bit，對(duì)于數(shù)字工業(yè)相機(jī)機(jī)一般還會(huì)有10Bit、12Bit等。

3.像元尺寸(PixelSize):像元大小和像元數(shù)(分辨率)共同(gòngtóng)決定了相機(jī)機(jī)靶面的大小。目前數(shù)字工業(yè)相機(jī)像元尺寸一般為3μm-10μm，一般像元尺寸越小，制造難度越大，圖像質(zhì)量也越不容易提高。FieldOfViewPixelSize=——————————CameraResolution

精品資料工業(yè)(gōngyè)相機(jī)的基本參數(shù)

3.幀速率(FrameRate):相機(jī)采集傳輸圖像的速率，對(duì)于面陣相機(jī)機(jī)一般為每秒采集的幀數(shù)(Frames/Sec.)，對(duì)于線陣相機(jī)機(jī)為每秒采集的行數(shù)(Hz)。

4.曝光方式(Exposure)和快門速度(Shutter):對(duì)于線陣相機(jī)都是逐行曝光的方式，可以選擇固定行頻和外觸發(fā)同步的采集方式，曝光時(shí)間(shíjiān)可以與行周期一致，也可以設(shè)定一個(gè)固定的時(shí)間(shíjiān)；面陣工業(yè)相機(jī)有幀曝光、場(chǎng)曝光和滾動(dòng)行曝光等幾種常見(jiàn)方式，數(shù)字工業(yè)相機(jī)機(jī)一般都提供外觸發(fā)采圖的功能?？扉T速度一般可到10微秒，高速工業(yè)相機(jī)還可以更快。

5.傳感器尺寸(SensorSize)如1/2”1/3”2/3”等。傳感器尺寸越大,理論上可以聚集更多的感光單元,可以獲得更高的相素。在相素不變的情況下,相機(jī)傳感器尺寸越大,噪點(diǎn)控制能力越強(qiáng),因?yàn)閱蝹€(gè)感光元件之間的間距越大,相互之間的信號(hào)干擾越小.

精品資料常用的工業(yè)相機(jī)(xiàngjī)品牌品牌產(chǎn)地相機(jī)類型THEIMAGINGSOURCE美國(guó)線陣相機(jī)、面陣相機(jī)IDSuEye美國(guó)線陣相機(jī)、面陣相機(jī)、智能相機(jī)Microscan美國(guó)面陣相機(jī)、智能相機(jī)JAI丹麥線陣相機(jī)、面陣相機(jī)、攝像機(jī)Dalsa加拿大線陣相機(jī)、面陣相機(jī)Teli日本線陣相機(jī)、面陣相機(jī)COGNEX美國(guó)智能相機(jī)精品資料I-Cite支持(zhīchí)的工業(yè)相機(jī)品牌品牌品牌品牌MV1000Pci1424uEyeDirectPX610DM4X1PicoloPXR800DFGBW1DalsaX64-CLExpressIMPERXVCEEpixPixciSISenTechDirectMicroPixDominoMiniLeutronDirectDirectShowMatroxMeteorIIJAIDirectOpteonDirectDominoAlpha2AsyncDalsaGenie精品資料工業(yè)鏡頭的接口C型：C型接口鏡頭與攝像機(jī)接觸面至鏡頭焦平面（攝像機(jī)CCD光電感應(yīng)器應(yīng)處的位置）的距離為17.5mmCS型：CS型接口此距離為12.5mm.CS型鏡頭與CS型攝像機(jī)可以配合使用。C型鏡頭與CS型攝像機(jī)之間增加(zēngjiā)一個(gè)5mm的C/CS轉(zhuǎn)接環(huán)可以配合使用。CS型鏡頭與C型攝像機(jī)無(wú)法配合使用。F型：通用型接口，一般適用于焦距大于25mm的鏡頭工業(yè)(gōngyè)鏡頭C型口與CS型口區(qū)別接圈精品資料工業(yè)(gōngyè)鏡頭的基本參數(shù)視場(chǎng)(Fieldofview,即FOV，也叫視野范圍(fànwéi))：指觀測(cè)物體的可視范圍(fànwéi)，也就是充滿相機(jī)采集芯片的物體部分。（視場(chǎng)范圍(fànwéi)是選型中必須要了解的）工作距離(WorkingDistance,即WD):指從鏡頭前部到受檢驗(yàn)物體的距離。即清晰成像的表面距離（選型必須要了解的問(wèn)題，工作距離是否可調(diào)？包括是否有安裝空間等）分辨率：圖像系統(tǒng)可以測(cè)到的受檢驗(yàn)物體上的最小可分辨特征尺寸。在多數(shù)情況下，視野越小，分辨率越好。景深(Depthofview，即DOF)：物體離最佳焦點(diǎn)較近或較遠(yuǎn)時(shí)，鏡頭保持所需分辨率的能力

（需要了解客戶對(duì)景深是否有特殊要求？）精品資料工業(yè)(gōngyè)鏡頭的基本參數(shù)焦距（f）焦距，是光學(xué)系統(tǒng)中衡量光的聚集或發(fā)散的度量方式，指從透鏡的光心到光聚集之焦點(diǎn)的距離。亦是照相機(jī)中，從鏡片中心到底(dàodǐ)片或CCD等成像平面的距離。焦距大小的影響情況：焦距越小，景深越大；焦距越小，畸變?cè)酱?；焦距越小，漸暈現(xiàn)象越嚴(yán)重，使像差邊緣的照度降低；精品資料工業(yè)(gōngyè)鏡頭的基本參數(shù)失真（distortion）：（衡量鏡頭性能的指標(biāo)之一）又稱畸變，指被攝物平面內(nèi)的主軸外直線(zhíxiàn)，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)成像后變?yōu)榍€，則此光學(xué)系統(tǒng)的成像誤差稱為畸變。畸變像差只影響影像的幾何形狀，而不影響影像的清晰度。光圈與F值

光圈是一個(gè)用來(lái)控制鏡頭通光量裝置，它通常是在鏡頭內(nèi)。表達(dá)光圈大小我們是用F值，如f1。4，f2，f2。精品資料工業(yè)(gōngyè)鏡頭的基本參數(shù)光圈大小的影響情況：

光圈越大，圖像(túxiànɡ)亮度越高；景深越小；分辨率越高；像場(chǎng)中央與邊緣：一般像場(chǎng)中心較邊緣分辨率高；像場(chǎng)中心較邊緣光場(chǎng)照度高光波長(zhǎng)度的影響：

在相同的工業(yè)相機(jī)及鏡頭參數(shù)條件下，照明光源的光波波長(zhǎng)越短，得到的圖像(túxiànɡ)的分辨力越高。所以在需要精密尺寸及位置測(cè)量的視覺(jué)系統(tǒng)中，盡量采用短波長(zhǎng)的單色光作為照明光源，對(duì)提高系統(tǒng)精度有很大的作用。精品資料工業(yè)(gōngyè)鏡頭的基本參數(shù)用于計(jì)算主要縮放比例(bǐlì)的公式如下：PMAG

=

CCDSize/FOV圖2:

主要縮放比例、感光芯片尺寸和視場(chǎng)的關(guān)系示意圖光學(xué)放大倍數(shù)精品資料工業(yè)(gōngyè)鏡頭的主要類別：常用攝像鏡頭主要參數(shù)有焦距(jiāojù)f光圈數(shù)F和視場(chǎng)2ω.經(jīng)驗(yàn)公式：1/F*tanω√f=CF型接口類型攝像鏡頭焦距表（mm）C,CS型接口類型攝像鏡頭焦距表(mm)類型魚眼型超廣角型廣角型標(biāo)準(zhǔn)型焦距7.5,1517,2024,28,3550類型1/3″1/3″,1/2″2/3″,1″焦距2.8-3.53.5-68-75常用攝像鏡頭參數(shù)精品資料近攝透鏡在攝像鏡頭前端擰上一個(gè)近攝透鏡，可以攝取到更近距離目標(biāo)(mùbiāo)的像。采用近攝鏡后，目標(biāo)(mùbiāo)像的畸變?cè)龃罅?，為此，近攝透鏡的屈光率不能太大，使原工作距離的縮短量一般不超過(guò)20％。工業(yè)鏡頭(jìngtóu)的主要類別：近攝鏡頭(jìngtóu)近攝鏡頭精品資料與近攝鏡頭相反，為了對(duì)遠(yuǎn)距離目標(biāo)攝取到清晰圖像，要采用遠(yuǎn)攝鏡頭。這種鏡頭是一長(zhǎng)焦距鏡頭。遠(yuǎn)攝鏡頭可以是折射系統(tǒng)、反射系統(tǒng)或折反射系統(tǒng)。反射式遠(yuǎn)攝鏡頭常采用卡塞格林式遠(yuǎn)攝鏡頭.折反式遠(yuǎn)攝鏡頭由于(yóuyú)采用前部校正透鏡，其成像質(zhì)量更加良好.工業(yè)鏡頭的主要(zhǔyào)類別：遠(yuǎn)攝鏡頭遠(yuǎn)攝鏡頭鏡精品資料物方遠(yuǎn)心鏡頭物方遠(yuǎn)心鏡頭采用平行光路設(shè)計(jì)，將孔徑光闌放置在光學(xué)系統(tǒng)的像方焦平面上。可以(kěyǐ)消除透視畸變,常用于工業(yè)精密測(cè)量，畸變極小。工業(yè)鏡頭(jìngtóu)的主要類別：遠(yuǎn)心鏡頭(jìngtóu)遠(yuǎn)心鏡頭精品資料像方遠(yuǎn)心鏡頭像方遠(yuǎn)心鏡頭是將孔徑光闌放置在光學(xué)系統(tǒng)的物方焦平面上，而像方的主光線平行于光軸?？梢?kěyǐ)獲得更好的像面照度的均勻性,圖像不會(huì)出現(xiàn)陰影，常用于醫(yī)學(xué)圖像處理。工業(yè)(gōngyè)鏡頭的主要類別：遠(yuǎn)心鏡頭遠(yuǎn)心鏡頭精品資料常用(chánɡyònɡ)的工業(yè)鏡頭品牌品牌產(chǎn)地鏡頭類型施耐德Schneider德國(guó)定焦、遠(yuǎn)心卡爾蔡司Zeiss德國(guó)定焦、遠(yuǎn)心μTron日本定焦、定倍、遠(yuǎn)心、連續(xù)變倍Moritex日本定焦、定倍、遠(yuǎn)心、連續(xù)變倍SPACECOM日本百萬(wàn)像素定焦COMPUTAR日本百萬(wàn)像素定焦賓得PENTAX日本百萬(wàn)像素定焦騰龍TAMRON日本百萬(wàn)像素定焦精工日本百萬(wàn)像素定焦VST日本定焦、定倍、遠(yuǎn)心、連續(xù)變倍KOWA日本百萬(wàn)像素定焦精品資料常用(chánɡyònɡ)鏡頭圖片定倍遠(yuǎn)心鏡頭(jìngtóu)Navitarzoom6000連續(xù)變倍鏡頭組件Navitarzoom6000連續(xù)變倍鏡頭定焦鏡頭精品資料工業(yè)鏡頭(jìngtóu)的選擇要點(diǎn)1、視野范圍、光學(xué)放大倍數(shù)及期望的工作距離：在選擇鏡頭時(shí)，我們會(huì)選擇比被測(cè)物體(wùtǐ)視野稍大一點(diǎn)的鏡頭，以有利于運(yùn)動(dòng)控制。2、景深要求：對(duì)于對(duì)景深有要求的項(xiàng)目，盡可能使用小的光圈；在選擇放大倍率的鏡頭時(shí)，在項(xiàng)目許可下盡可能選用低倍率鏡頭。如果項(xiàng)目要求比較苛刻時(shí)，傾向選擇高景深的尖端鏡頭。3、芯片大小和相機(jī)接口：例如2/3”鏡頭支持最大的工業(yè)相機(jī)耙面為2/3”,它是不能支持1英寸以上的工業(yè)相機(jī)。4、注意與光源的配合，選配合適的鏡頭。5、可安裝空間：在方案可選擇情況下，讓客戶更改設(shè)備尺寸是不現(xiàn)實(shí)的。對(duì)鏡頭的選擇，我們首先必須先確定客戶需求：精品資料典型(diǎnxíng)案例齒輪項(xiàng)目該項(xiàng)目的基本要求是：檢測(cè)齒輪滾軸的安裝質(zhì)量（缺失）和滾軸的直徑公差200微米。在線檢測(cè)速度為2個(gè)/秒。相機(jī)的選擇：客戶需求200um，根據(jù)精度=FOV/Resolution，測(cè)量齒輪實(shí)際大小為48mm，加上邊緣寬度，以60mm作為FOV(H)，以此(yǐcǐ)數(shù)據(jù)算的相機(jī)Resolution=FOV(H)/精度=60/0.2=300,故選擇640*480分辨率,曝光時(shí)間至少1/2S的工業(yè)相機(jī)。鏡頭的選擇由于這個(gè)項(xiàng)目上對(duì)檢測(cè)環(huán)境沒(méi)有特殊要求，人為設(shè)定WD=200mm，CCDSize根據(jù)相機(jī)參數(shù)1/4”(對(duì)角