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机械视觉之硬件选型

时间:2022-11-07 09:55:38浏览次数:39  
标签:相机 镜头 mm 分辨率 靶面 硬件 选型 尺寸 视觉

一,相机选型

1.1. 面阵相机和镜头选型
已知:被检测物体大小为A×B,要求能够分辨率小于C,工作距离为D
[1]相机选型步骤:
(1). 相机的最低分辨率=(A×B)/(C×C) ,
(2). 相机在选型时,最好缺陷的面积在3到5个像素以上,在选择相机时,相机的最低分辨率应大于3×(A×B)/(C×C)。
[2]镜头选型步骤:
(1). 计算短边对应的像素数E=B/C,相机长边和短边的像素数都要大于E;
(2). 像元尺寸=产品短边尺寸B/所选相机的短边像素数
(3). 放大倍率=所选相机芯片短片尺寸/相机短边的视野范围
(4). 可分辨的产品精度=像元尺寸/放大倍率 (判断是否小于C)
(5).物镜的焦距=工作距离/(1+1/放大倍率) 单位:mm
(6). 像面的分辨率要大于1/(2×0.1×放大倍率) 单位:lp/mm
以上仅针对镜头的主要参数进行计算选择,其他如畸变、景深、环境等,可根据实际要求进行选择。

2.针对速度和曝光时间的影响,产品是否有拖影
已知:确定每一次检测的范围为80mm×60mm,200万像素CCD相机(1600×1200),相机或产品运动速度为12m/min=200mm/s
曝光时间计算步骤:
曝光时间<长边视野范围/(长边像素值*产品运动速度)
=80mm/(1600×200mm/s)
=1/4000s=0.00025s
故曝光时间要小于0.00025s,图像才不会拖影。

3.线扫相机和镜头的选型
[1] 相机选型步骤:
已知:幅宽为1600mm、检测精度为1mm/pixel、运动速度为22000mm/s、物距1300mm
(1). 相机像素=幅宽/检测精度=1600mm/1mm/pixel=1600pixel,最少需要2000个像素,选定为2K相机;
(2). 实际检测精度=幅宽/实际像素=1600mm/2000pixel=0.8mm/pixel
(3).扫描行频=运动速度/实际检测精度= 22000mm/s/0.8mm/pixel=27500pixel/s=27.5KHZ
综上,应选择2048像素28KHZ 像元尺寸10um的线扫相机
[2] 镜头选型步骤:
(1). sensor长度=像元尺寸 x 像素数=0.01mm ×2048=20.48mm
(2).镜头焦距=(sensor长度*物距)/幅宽=20.48×1300/1600=16.64mm

二,镜头选型

举例计算

要对一个100mm见方的黑白物体进行拍摄, 要求能够分辨小于0.1mm的细节, 相机到物体的距离在200~400mm之间, 要求选择合适的相机和镜头。

分析:

  1. 景物为一100mm的方形物体, 而传感器靶面通常为4:3的矩形, 因此, 为了将物体全部摄入靶面, 应该以靶面的短边长度为参考来计算视场;
  2. 系统要求能够分辨小于0.1mm的细节,因此传感器每个方向的像素数都要大于 1000;
  3. 相机到物体的距离为200–400mm, 考虑到镜头本身的尺寸, 可以假定物体到镜头的距离为 200~320mm, 系统的物距为 260 mm;
  4. 物体为黑白色, 因此系统的工作波长可定为可见光区域, 相机选择黑白相机。

常用计算公式:
相机、镜头常用参数确定方式:

1.通过被侧物体的大小和分辨率来计算像素:100 / 0.1mm = 1000 (像素),选择大于等于1K像素的相机。

2.验证分辨率是否达到要求:100 / 1024 = 0.0976 < 0.1 (实际分辨率小于要求分辨率),满足要求。

3.根据被测物体的速度求相机的拍摄频率: 速度 / 相机实际分辨率 = 相机需要的拍摄频率。

4.可以根据分辨率、相机的行频、来初步确定相机型号。

5.相机靶面尺寸 = 像素 * 像元尺寸来计算 。

6.镜头焦距 = 靶面尺寸 * 物距 / 幅宽

7.镜头像元分辨路 = 1 /(2 * 像元尺寸) 选择镜头时通常要求镜头分辨率要略高于像元分辨率

方案一:
下面确定相机型号:

相机选择大恒CCD黑白相机DH-SV1411FM,
靶面尺寸为2/3英寸 (8.8X6.6mm), 
像素数为1392X1040, 
像元尺寸为6.45um 。
 

系统的放大倍率为 B = 靶面尺寸 / 视场大小 = 6.6/100=0.066,
可分辨的景物精度为: 像素尺寸 / 放大倍率 = 0.00645/0.066=0.098 mm, 满足系统要求。

镜头型号:
摄影物镜的焦距为f= 物距/(1+1/放大倍率) = 260/(1+1/0.066)=16.1mm,
系统像面的分辨率要大于 1/(2X0.1X0.066)=76(lp/mm),
因此摄影物镜可以选择Computar M1614-MP2。 镜头均采用可变光阑, 其光圈数从F1.4到 F16, 可调节系统的通光量。

方案二:

相 机 选 择 大 恒 CCD 黑 白 相 机 DH-SV1421FM,
靶面尺寸为1/2英寸(6.4X4.8 mm), 
像素数为	1392X1040, 
像元尺寸为4.65um 。

系统的放大倍率为: B=4.8/100=0.048,
可分辨的景物精度为: 像素尺寸/放大倍率=0.00465/0.048=0.097mm, 满足系统要求。

摄影物镜的焦距为f=l/(1+1/B)=260/(1+1/0.048)=11.9 mm,
系统像面的分辨率要大于 1/ (2X0.1X0.048)=104(lp/mm), 因此摄影物镜可以选择Kowa LM12JCM。
镜头均采用可变光阑,其光圈数从F1.4到F16, 可调节系统的通光量。

 

以上两个方案只对镜头的主要参数进行计算选择, 其它一些要求, 如畸变、 景深, 环境等等, 也可根据实际要求进行匹配

接口:
常用的一些接口类型如下表所示:
在这里插入图片描述
法兰后焦距、机械后焦距与光学后焦距的区别在于;法兰后焦距,是指机身上镜头卡口平面与机身曝光窗平面之间的距离,即镜头卡口到感光元件之间的距离如下图数值17.526mm;机械后焦距,指镜头桶上边沿到sensor感光面的距离如下图数值10.9mm;光学后焦距,指光线离开镜头最后一片镜片表面到sensor感光面的距离如下图数值14.9mm;一般光学后焦大于机械后焦距。
在这里插入图片描述

透镜示意图:

在这里插入图片描述
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三.光源选型

 

选型小总结:

    1. C接口,C型接口螺纹连接,后截距为17.5mm;

    2. F接口镜头是尼康镜头的接口标准,工业相机靶面大于1英寸时需用F口的镜头;

    3. 镜头的分辨率要高于像元的分辨率;

    4. 焦距越小,景深越大,畸变越大;焦距越小,渐晕军现象越严重,使像边缘的照度降低;

    5. 光圈越大,图像亮度越高;景深越小;分辨率越高;

    6. 像场中心比边缘分辨率高;像场中心比边缘光强亮;

    7. 光波长度的影响:光波长度的影响:在相同的工业相机及镜头参数条件下,照明光源的光波波 长越短,得到的图像的分辨力越高。所以在需要精密尺寸及位置测量的视觉系统中,尽量采用短波长的单色光作为照明光源,对提高系统精度有很大的作用;

    8. 标准C口: 靶面 11mm-22mm(2k以下);

    9. F口: 靶面 28mm-50mm(4k以下);

    10. V口镜头:靶面 28mm -108mm (8K以上) V口镜头:靶面 28mm -108mm (8K以上);

    11. 靶面 : 镜头的靶面要大于或等于sensor的对角线。

 

标签:相机,镜头,mm,分辨率,靶面,硬件,选型,尺寸,视觉
From: https://www.cnblogs.com/HomeSapiens/p/16865015.html

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