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视觉之相机硬件选型

时间:2024-10-19 22:32:23浏览次数:5  
标签:硬件 镜头 mm 倍率 像素 相机 选型 视野

硬件

1)相机

2D相机类型: 线阵(一行一行成像,拼接成图),像素高,速度慢

面阵(瞬间成像),像素低,速度快(市面常见)

芯片:CCD(性能好) CMOS(价格低,主导)

颜色模式:黑白相机、彩色相机(颜色识别、深度学习)

传感器大小:单位 英寸, 常见尺寸有1、2/3、1/2、1/3、1/4英寸等。1英寸cmos传感器是16mm。这里的”英寸“表示的并不是传感器的整体尺寸,而是表示的是成像的尺寸,成像区域只有传感器整体尺寸的三分之二左右,也就是16mm。所以1英寸传感器并不是等于25.4毫米,而是16mm

数据接口:
    1)Gige(网口):使用最多,稳定、传输距离远(<100m),带宽(<1000Mb/s)
    2)USB(串口):传输距离(<5m),带宽(USB1<12Mb/s,USB2<480Mb/s,    USB3<5GB/s)
    3)CameraLink(图像采集卡接口):传输距离(<10m),带宽(2380Mb/s ~7140Mn/s)

?什么时候 图像采集卡:数据量大 3D线扫相机,成本高

曝光方式:逐行扫描、全局曝光(飞拍)

相机帧率:每秒能拍多少张图 60fps    

 

2)镜头

作用:辅助相机成像

镜头接口:C口C-Mount、CS口、M12口、F口

镜头的接口与相机保持一致即可

镜头分类:1)定位 >>  FA 镜头(鱼眼镜头) >> 广角镜头

              2)测量 + 缺陷 >> 远心镜头

畸变:图像扭曲,影响精度。

FA镜头:

    优点:视野大,成本低

    缺点:放大倍率会变化,畸变大

远心镜头:

    优点:放大倍率恒定,畸变小 2%

    缺点:视野小、成本高、体积大 

 

镜头参数

1)工作距离:WD,被测物表面到镜头的距离

2)视野:FOV,能拍到多大面积

3)景深:在多个高度都能成像清晰,最高度-最低度=景深

4)接口:保持与相机一致(C、CS、F...),多为C接口

5)分辨率:使用的CCD像素大小,保持与相机一致,或者大于相机分辨率

6)靶面尺寸:像面尺寸,保持与相机一致,使用的CCD的靶面大小(芯片大小)

7)焦距:焦距大,视野小

 

计算公式

焦距f = WD × 靶面尺寸( H or V) / FOV( H or V)

视场FOV ( H or V) = WD × 靶面尺寸( H or V) / 焦距f

视场FOV( H or V) = 靶面尺寸( H or V) / 光学倍率

工作距离WD = f(焦距)× 靶面尺寸/FOV( H or V)

光学倍率 = 靶面尺寸( H or V) / FOV( H or V)

 

3)光源

光源:辅助成像(亮度、特征提取)

光源类型:

    环形光:有台阶的特征(小物体)

    条形光:局部高亮

    面阵光:亮度均匀(大视野)

    碗光:有台阶的特征(小物体)

    同轴光:高亮、亮度均匀(小视野)

    线光:线扫2d专属


打光角度:正面光、背面光、侧面光(注意调整角度避免反射)


颜色:不同颜色光打在不同颜色物体上 成像会不同(颜色)。包括白色光、蓝色光、红色光、绿色光和红外光


配件:

    偏光镜 (反光)

    滤镜(过滤杂光)

 

选型计算案例

旋转相机:

已知条件待检测物体大小 25mm*15mm 检测精度 0.01mm 视野范围 30mm*20mm

计算相机最小分辨率=(30/0.01)*(20/0.01 )= 3000*2000= 600 万像素,相机分辨率至少为 600 万像素;

为减少误差,提高系统的精确度和稳定性,实际使用中一般用2-5个像素对应一个最小缺陷特征,则相机分辨率为 600万*3 = 1800万;(如果有 GRR \CPK 等验证通常选取高出 2-10 倍的,提高数据测试通过率)

最终选用 2000万 像素相机(5472*3648)



选择镜头,已知条件:

1.视野范围:30mm * 20mm

2.物距:100mm

3.相机按照前面选的 2000万 像素(5472*3648) 像元 2.4 * 2.4μm  

镜头的选择可以去厂商官网<镜头选型工具>页面,这里以海康为例:https://www.hikrobotics.com/cn/machinevision/visionproduct?typeId=40&id=247&pageNumber=1&pageSize=20&showEol=false

1.CCD 的长宽尺寸计算  2000万 像素(5472*3648 ;像元 2.4 *2.4μm) 

长 =  5472*2.4 μm = 13132.8 μm = 13.1328 mm
宽 =  3648*2.4 μm = 8755.2 μm = 8.7552 mm

光学放大倍率 = 13.1328 / 35mm = 0.375 倍(35 为视野范围)

焦距 = 物距 * 光学放大倍率 = 100 * 0.375 = 37.5 mm
结合常用的焦距有:8、12、16、25、35、50、75(单位: mm),选择 35mm。

实际的光学倍率  = 焦距/物距 = 35 / 100mm = 0.35 倍
实际视野长度 = 长/放大倍率 = 13.1328  / 0.35 = 37.5 mm
实际视野宽度 = 宽/放大倍率 = 8.7552  / 0.35 = 25.01 mm

验证选型硬件是否达标:
单像素精度 = 视野长度 / CCD长方向有效像素个数= 37.5 / 5472 = 0.0065mm
最终确定选型:35mm 焦距镜头、搭配2000万像素相机,物距 100mm情况下可以达到 37.5mm * 25.01mm 的视野,单像素精度 0.0065mm。
View Code

 

标签:硬件,镜头,mm,倍率,像素,相机,选型,视野
From: https://www.cnblogs.com/zeussbook/p/18486694

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