(13条消息) 工业相机的常见参数及选型
一、相机成像原理如图所示：
注：
1）当物距为无穷远时，像距等于焦距，成像在焦平面上；
2）当物距为无穷无与两倍焦距之间时，像距在焦距与两倍焦距之间，成缩小的实像；
3）当物距等于两倍焦距时，像距与物距相等，此时物像等大；
4）当物距小于两倍焦距并大于焦距时，像距大于两倍焦距，成放大的实像；
5）当物距等于焦距时，像距为无穷大，物上的光线经透镜后为平行光线，不成像；
6）当物距小于焦距时，像距为负值，即在物的同侧成虚像。
二、线阵相机与面阵相机的区别：
线阵相机适合于高速运动的物体，一般建议40km/h运动的物体可以采用线阵相机拍摄。
面阵相机的选择要稍微复杂一点，适合低速运动的物体。一般建议40km/h。
三、相机参数说明
曝光
工业相机工作过程中曝光(Exposure)是图像传感器进行感光的过程。在曝光过程中,CCD/CMOS收集光子并转换成电荷，也就是电荷的积累。曝光时间是指相机从快门打开到关闭的时间间隔，曝光时间短，电荷积累的就少;曝光结束后,CCD/CMOS通过一定的方式将电荷移出，从光曝光对照片质量的影响很大,如果曝光过度,则照片过亮,失去图像细节;如果曝光不足,则照片过暗,同样会失去图像细节。控制曝光就是控制总的光通量,也就是曝光过程中到达CCD/CMOS表面的光子的总和。 在不过曝的前提下，增加曝光时间可以增加信噪比，使图像清晰。当然，对于很弱的信号，曝光也不能无限增加，因为随着曝光时间的增加，噪音也会积累， 曝光补偿就是增加拍摄时的曝光量。总之，曝光即曝光时间控制，控制感光元件上总的光通量。曝光越大，光通量越大。
工业相机常见的曝光方式有帧曝光（global shutter）和行曝光（rolling shutter）。
帧曝光是指传感器阵列中所有像素同时曝光，曝光周期由预先设定的快门时间确定。这种曝光方式的相机适合拍摄运动物体，图像不会偏移，不会失真。行曝光是指同一行上的像素同时曝光，不同行的曝光起始时间不同，每行的曝光时间是相同的，行间的延迟不变。这种曝光方式的相机适用于拍摄静止的物体，拍摄运动物体，图像会偏移。
分辨率
相机的传感器sensor是有许多像素点按照矩阵的形式排列而成，分辨率就是以水平方向和垂直方向的像素来表示的。分辨率越高，成像后的图像像素数就越高，图像就越清晰。
例如：一个相机的分辨率是1280（H）×1024（V），表示每行的像元数量是1280，每列的像元数量是1024，此相机的分辨率是130万像素。在对同样大小的视场成像时，分辨率越高，对细节的展示越明显。常用的工业面阵相机分辨率有130万、200万、500万等；对于线阵相机而言，分辨率就是传感器水平方向上的像素数，常见有1K、2K、6K等。
在相机分辨率的选型上，要根据我们的项目需求而定，并不一定是分辨率越高就越好，分辨率高带来的图像数据量就大，后期的算法处理复杂度就高，而且一般分辨率大的相机，帧率一般都不会太高。增益
增益一般只是在信号弱，但不想增加曝光时间的情况下使用，一般相机增益都产生很大噪音。曝光时间短，CCD/CMOS上电荷的积累就少，这时候就需要增益加强；反之，增益要减弱。
总结：增益控制感光灵敏度，高增益代表高灵敏度，对低光照越灵敏，可以增加昏暗图像的亮度和对比度，提高成像质量。但同时也会对噪声进行发大，降低信噪比。帧率
每秒能拍摄的图像张数，这往往和传感器芯片和数据输出接口带宽有关。根据项目需求，对于拍摄运动物体，建议选取高帧率相机，具体帧率数要根据拍摄精度来确定。一般来说分辨率越高，帧数越低。行频：
线阵工业相机的速度即行频的单位是KHz。比如：12KHz表示线阵工业相机在1秒钟内最多能采集12000行图像数据。尺寸
1）像元尺寸：像元尺寸就是每个像素的面积。单个像素面积小，单位面积内的像素数量多，相机的分辨率增加，有利于对细小缺陷的检测和增大检测视场。随着像素面积的缩小，满阱能力（每个像素能够储存的电荷数量）也随之减小，造成相机动态范围的降低。2）传感器尺寸：像元尺寸乘以分辨率就是传感器尺寸，它是以有效面积（宽x高）或以对角线大小（英寸）来表示的，常见的传感器尺寸如下：
传感器尺寸越大，一定程度上表示相机可容纳像素个数越多，成像的画幅越大。
3）靶面尺寸：传感器成像的大小；
4）相机尺寸列表：和镜头的接口：在选型时一定要考虑相机与镜头的接口对应问题，相机与镜头的接口必须保证一致，不然就无法安装。C型接口的后截距为17.5mm，CS型接口的后截距为12.5mm。因此CS型接口的工业相机使用C口镜头时需要加一个5mm的接圈。C型接口的工业相机不能用CS口的镜头。
F接口镜头是尼康镜头的接口标准，所以又称尼康口，也是工业工业相机中常用的类型，一般工业相机靶面大于1英寸时需用F口的镜头。
V接口镜头是著名的专业镜头品牌Schneider(施奈德)镜头所主要使用的标准，一般也用于工业相机靶面较大或特殊用途的镜头。像素深度：
像素深度是指每个像素用多少比特位表示。通常，每个像素的比特位数多，表达图像细节的能力强，这个像素的颜色值更加丰富、分的更细，颜色深度就更深。一般像素深度有1位、8位、16位、24位和32位。
1位像素深度就是有二进制来表示，也叫单色显示。
8位像素深度是最常见的，用8个二进制位来表示颜色，能表示256种颜色，这种就是常说的灰度显示。
16位是用16个二进制位来表示，能表示65536种颜色，这时就可以彩色显示啦。
24位和31位则表达的颜色信息就会更加的丰富。
分辨率和像素深度共同决定了图像的大小。例如对于像素深度为8bit的500万像素，则整张图片应该有500万*8/1024/1024=37M（1024bit=1KB，1024KB=1M）。增加像素深度可以增强测量的精度，但同时也降低了系统的速度，并且提高了系统集成的难度（线缆增加，尺寸变大等）。输出接口：有USB输出接口、网口等
白平衡：平衡RGB三个通道的亮度值，使图像达到一个比较好的亮度情况，当打光不太好的时候，使用白平衡，可以改善图像亮度不均匀情况，对应halcon算子是equ_hiso_image——直方图均衡化
拖影：拍摄运动图像时，同一物体，在图片上重复成像的现象。
如何计算曝光时间，保证运动物体不产生拖影：
在拍摄高速运动物体的场合，选择帧曝光的相机后，还需要计算相机的曝光时间，以使图像不产生拖影，理论的计算原则是：运动物体在相机芯片上所成的像，在曝光时间内，移动的距离不超过一个像元尺寸。
例如：物体运动速度是150mm/s，沿芯片水平方向运动，相机是1/2”芯片（6.4mm×4.8mm），分辨率为1280*1024
视场水平方向长度是20mm，像元尺寸是4.8μm，计算成像时不产生拖影的曝光时间。
首先计算出像的运动速度，放大倍数为6.4mm/20mm=0.32，所以像的运动速度是0.32×150 mm/s=48mm/s；
根据计算原则，（曝光时间）×48mm/s=4.8μm，所以曝光时间为0.0001s，曝光时间设置为100µs即可。
四、相机选型
首先要弄明白的是自己的检测任务，是静态拍照还是动态拍照、拍照的频率是多少、是做缺陷检测还是尺寸测量或者是定位、产品的大小（视野）是多少、需要达到多少精度、所用软件的性能、现场环境情况如何、有没有其它的特殊要求等。如果是动态拍照，运动速度是多少，根据运动速度选择最小曝光时间以及是否需要逐行扫描的相机；而相机的桢率（最高拍照频率）跟像素有关，通常分辨率越高桢率越低，不同品牌的工业相机的桢率略有不同；根据检测任务的不同、产品的大小、需要达到的分辨率以及所用软件的性能可以计算出所需工业相机的分辨率；现场环境最要考虑的是温度、湿度、干扰情况以及光照条件来选择不同的工业相机。下面简单看几个例子：
合适的分辨率:
已知客户的镜头的尺寸是1/3,接口是CS接口，视野大小为12* 10mm，要求精度0.02mm/pixel，则应该选用多大分辨率相机？
解：
(12/0.02)* (10/0.02)=30万像素，但是如果是缺陷检测通常不会只用一个像素表示一个精度，而是乘以3-4倍，即(12/0.02)3 (10/0.02)*3=480万像素。最低不少于480万像素。
注：12/0.02：表示在12这个方向，需要用多少像素表示，才能达到1个像素代表0.02mm的这样一个精度。
10/0.02：同上
通过上面的参数也可求出镜头的焦距（镜头选型参考），但注意：
①镜头的分辨率一定要大于相机的分辨率，否则镜头分辨率低了，相机分辨率是千万像素也没用。
②镜头的靶面尺寸也就是视野范围>=CCD的靶面尺寸，否则会出现黑边。
例：1）镜头的靶面尺寸也就是视野范围>CCD的靶面尺寸，则显示的图像会是蓝色部分；
2）镜头的靶面尺寸也就是视野范围=CCD的靶面尺寸，则显示的图像会是红色部分；
3）镜头的靶面尺寸也就是视野范围<CCD的靶面尺寸，则显示的图像会是黄色部分（红色部分+黑边）；
合适的镜头：
选择的镜头的支持CCD尺寸要大于等于相机CCD传感器芯片的尺寸，另外安装座是C、CS或F型接口也要匹配，同时考虑镜头的工作距离，是否留有足够空间等。
足够的相机帧率：
当被测物体有运动要求时，要选择帧数较高的工业相机，一般来说CCD分辨率越高，帧数越低。
总结：相机的选型一般需要确定：①精度满足要求；②确定色彩要求；③曝光时间，如何拍摄运动的物体；④帧率\数据接口；⑤芯片尺寸；⑥镜头接口；⑦其他相关