一文详解工业相机和镜头参数及选型方法
一文详解工业相机和镜头参数及选型方法
工业相机和镜头是工业视觉系统的核心组件，其性能直接影响系统的成像质量和检测精度。本文将详细介绍工业相机和镜头的关键参数及其选型方法，帮助读者更好地理解和应用这些设备。
工业相机
对于工业相机，常用的是CMOS相机，因为其帧率高，速度快，功耗低。
工业相机成像原理
工业相机的成像原理如图1所示。物体反射的光线经过镜头缩小成像在感光芯片（CMOS/CCD）上。镜头负责缩小成像，镜头光圈负责控制进入相机的光线强度，快门控制光线照射在CMOS上的时间，CMOS图像传感器负责成像（光信号转换为电信号）。
图1：工业相机成像原理
常见参数
像元尺寸：像元是组成数字图像的最小单元。像元尺寸是感光芯片上面单位像元的尺寸，也就是一个像素的大小。像元尺寸和像元数（分辨率）共同决定了相机靶面的大小。通常工业相机的像元尺寸为2μm-14μm（微米）。
靶面尺寸：靶面尺寸为感光芯片的尺寸，通常为其对角线尺寸，也就是传感器（工作区域为矩形）对角线长度，单位为英寸。常见的靶面尺寸如图2所示。
图2：常见靶面尺寸
分辨率：相机分辨率指的是感光芯片上像元的数量，分辨率由像元数（像素数）确定，通俗来说就是出图的大小，有130万、500万等。
曝光：曝光就是光线在感光芯片上的作用强度。曝光方式分为全局曝光（整个芯片同时曝光）和卷帘曝光（逐行滚动曝光）。曝光量由镜头光圈控制，曝光时间由快门控制。
帧率：帧率是指工业相机每秒钟可以捕捉的最大画幅数，单位为帧数每秒（FPS）。帧率和曝光时间成反比，曝光时间越长，帧率越低。
接口：工业相机的接口主要有两种，分别是镜头接口和数据接口。镜头接口最常用的是C、CS、M12、M42、M58这五种。数据接口常见的有干兆网GigE（1Gbps）、USB3.0（5.0Gbps）和Camera Link（6.8Gbps）。
采像模式：包括实时模式（按照相机的设定帧率自由采集图像）、触发模式（外部触发信号控制相机曝光）和单帧模式（通过软件触发相机拍摄一帧图像）。
工业镜头
常见参数
光圈：光圈通过收缩和扩大来控制入射光的强度。光圈值越小，实际的物理光圈越大，称为大光圈。光圈系数F等于镜头焦距f与通光孔径D之比（F=f/D）。
景深：景深是指在某个调焦位置上，成像相对清晰的区间。景深与光圈、焦距和物距的关系为：光圈越大，景深越小；焦距越长，景深越小；物距越远，景深越大。
分辨率：镜头分辨率指的是它能分辨开两个靠近的物点的能力。单位为μm，表示物点经镜头成像后能被分辨的最小距离。
靶面尺寸：镜头靶面尺寸指的是物体经过镜头，成像在感光芯片上的最大尺寸。选择镜头和相机组合时，应选择镜头靶面尺寸大于相机靶面尺寸，以充分利用相机的靶面。
选型方法
相机选型
已知要求的精度和视野范围时，分辨率的计算公式为：分辨率=(视野高/精度)×(视野宽/精度)。通常会乘以3~4倍的安全系数。例如，视野大小为5mm×5mm，精度要求为0.02mm，则所需相机的分辨率约为1000万像素，选用130万像素已经足够。
镜头选型
选择镜头时需要注意以下几点：
- 镜头靶面尺寸需要大于等于相机CCD靶面尺寸，否则成像会有黑边。
- 镜头的接口需要与相机接口匹配。C接口镜头可通过转接口安装到CS相机，但CS镜头无法安装到C接口相机。
- 计算正确的焦距。已知靶面尺寸、物距和物体大小时，焦距的计算公式为：焦距=(物距×CMOS尺寸)/物体大小。
总结
本文详细介绍了工业相机和镜头的关键参数及其选型方法，对于从事工业视觉相关工作的读者具有较高的参考价值。通过理解这些参数和选型方法，可以更好地选择适合特定应用场景的工业相机和镜头，从而提高工业视觉系统的性能和检测精度。
本文原文来自CSDN