镜头

参数

FOV（视野）：图像采集设备所能够覆盖的范围，取决于测量的产品
WD（工作距离）：产品表面到镜头前端的距离，小于最小工作距离、大于最大工作距离系统均不能正确成像
DOV（景深）：一定范围内看到的图像是清晰的（?不同于远心镜头的景深，真正意义上的景深）
成像面：相机的感光芯片（CCD/CMOS）
后焦面距离：用得很少，个别相机用得到。如视野要求160，现在只有158，可以适当微调
畸变：任何镜头都存在畸变，FA镜头畸变比较大，远心镜头畸变小
- 普通镜头焦距越短，畸变越大；焦距越长，畸变越小
- 对于检测项目，畸变影响不大，不需要校正
- 但对于测量、定位项目，必须校正畸变（棋盘格），特别是短焦的
镜头接口：
- C口=C-MOUNT，适用于CCD 1英寸以下。一般C口相机靶面不大，1200万以下的相机，2k以下线扫相机
- M口：对于读码器、Insight智能相机集成在里面
- CS口：加转接环与C口转换
- F口：应用于靶面大的，1600万以上的大面阵相机、线扫相机
光圈：用来控制镜头通光量装置，通常在镜头内。表达光圈大小用F值，如f1.4、f2、f2.8
- 光圈越大，通光能力越大
- 光圈越小，景深越大
- 缩小光圈，曝光时间变长
- 对于光圈、对焦，一旦调好，就锁死，动了之后需要重新标定
- 运动拍照，曝光时间短，选大光圈镜头、把光源亮度加大（调亮度、加光源控制器）
- 针对“夏天/冬天/中午/晚上”亮度不同的常规解决方法：加暗箱，用红外
- 写自动曝光程序（计算灰度值）
焦距：像方主面到像方焦点的距离，如16mm、25mm
- 对焦与否：主观判断是否清晰（看边缘锐利度）
- 自动对焦需要相机、镜头配合使用
- 变焦镜头一般性能比较差，畸变很大
- 定焦镜头3.5mm-100mm都有，常用：56mm…
分辨率：每毫米线对（测量系统能够重现的最小的细节的尺寸常常用每毫米线对（lp/mm）来表示，即镜头能分辨一毫米内多少对直线）
- 相机常见分辨率：30w、80w、130w、200w、500w、1000w、1200w、1600w、2500w、2900w、7100w
- 相机、镜头都是有分辨率的，要搭配，成像质量取决于最差的那个
- 相机/镜头：主流像元都在3μm以上
- 目前为止，没有镜头能达到1.67μm

?几种分辨率辨析

分类

按功能分：变焦距镜头、定焦距镜头、定光圈镜头
其他特殊功能：远心镜头、远心镜头、紫外镜头、红外镜头、微距镜头
远心镜头：纠正视差，畸变很小

如何选择镜头

镜头选型：接口、焦段、分辨率、畸变

相机

参数

传感器的尺寸：图像传感器感光区域的面积大小，直接决定了整个系统的物理放大率
- 1/3’’等
- 尺寸指的是对角线，1英寸=25.4毫米
放大倍率（物理放大率）
- 整个参数基本取决于镜头：FA镜头几乎不用这个概念，远心镜头经常用到这个概念
- 传感器感光面积/视野，视野越大，值越小
系统放大率
- 与显示器有关，仅对于需要人机交互进行检测的系统有意义
- 最后显示环节上目标的尺寸/实际目标尺寸
像素：传感器的最小感光单位
分辨率：数字相机的分辨率则直接取决于传感器上像素的数目
- 与全画幅有关
- 1000万像素是500万的两倍，但提升不是2倍，是根号2倍
像素长宽比：传感器上像素水平和垂直方向节距的比值
- 正方形的像素，比值为1：1
- 对于系统的标定有直接影响
快门速度
- 动态的项目中会用，与最小曝光时间相关
- 一般性能的相机快门速度可以达到1/10000-1/100000秒
帧率：相机每秒中能够输出图像的帧数
- 帧率取决于快门速度和传输速度，快门速度短，帧率高
- 快门速度10张/秒，帧率建议选20以上
像素速率：相机每秒中能够输出像素的个数
- 很少用到，牵扯到传输速率
快门方式
- 卷帘快门：静态拍照 1000w、500w
- 全局快门：静态拍照/动态拍照
扫描方式
- 隔行扫描
- 逐行扫描
异步触发
- 现在的相机一般都支持异步触发，高速拍摄时用到
- 相机会不会丢帧，允许某段时间内大量拍照，取决于相机内存（缓冲区）（64张、128MB）
最低照度：又称灵敏度，衡量相机对光线敏感程度的指标
- 取决于芯片，达到一定照度后才能感受到，否则是全黑
局部扫描
信号格式：常用接口主流是GigE、usb3.0
- 1394：火线，用得很少，传输速率慢，不适合高分辨率的相机，线长受限，10m以内
- usb3.0：速度快，距离短，5m
- GigE：线可以很长，支持100m，稳定性比usb好，速度没有usb3.0快
- CameraLink：传输速率快，针对高速相机，一般用线扫，面阵很少用，5m
- CoaxPress：新出的，速度最快，比CameraLink快，大面阵相机、线扫相机，7100w以上

分类

按图像传感器分：CCD相机、CMOS相机
按输出图像颜色分：单色相机、彩色相机（Bayer滤色片、3-CCD技术）
按传感器类型分：面阵相机、线扫相机
按输出信号分：模拟信号相机、数字信号相机

如何选择选机

系统精度要求与相机分辨率
- 相机分辨率（X方向）=视野（X方向）/像素数（X方向）
系统速度要求与相机成象速度
- 系统单次运行速度 = 系统成象速度 + 系统检测速度
- 异步触发
- 快门速度
与视觉板卡相匹配：视频信号、分辨率、特殊功能、接口
其他：
- 动态成象
- 色彩检测
- 超大目标检测
- 数字相机

图像采集卡

板卡有很多种：IO卡、运动控制卡、图像采集卡
图像采集卡功能：把图像从相机到内存
任何接口都有对应的图像采集卡，GigE接口是千兆网卡（一般用英特尔，兼容性好），1394的话笔记本连不上

传输速率取决于相机、采集卡、工控机的接口中最差的
图像格式：深度为8，0-255

光源

光源的作用：把目标和背景的对比度拉到最大

如何选择光源

打光方式	做法
背光——测量系统的最佳选择
亮场——最直接的照明	正上方打光，把背景打亮（背景均匀/平，字符凹凸，可选择把背景打亮/背景打暗）
暗场——适合光滑表面的照明	打低角度，总体光路与光源接近平行
结构光法——最简便的三维测量	激光适用于测工件/产品是否到位
影子的利用——最不直接的测量
同轴光——昂贵的灯源	①应用于表面高反光的情况，不允许工作距离很高（30mm-50mm）②因为同轴光中间亮，四周暗，故如拍摄视野100，同轴建议选150-200③点光源 + 远心镜头 = 同轴光源
颜色的考虑

常用灯源分析

视觉行业，大部分都是用LED光源
延长光源寿命：只有拍照时打开光源（频闪控制器、继电器）
照射光的种类：
- 直射光：直射环灯、2340分秒？中孔背光
- 光源+漫反射板：光均匀，但会损失30%的亮度
- 偏振光：防止高反光
- 平行光
- 亮视场：条灯从正上方打、中孔背光、背光、同轴、直射环灯
- 背光：尺寸测量时，能用背光就用背光，最稳定，效果最好
- 同轴
- 连续漫反射：模拟环境光（360度、均匀），工作距离近、相机需要与光源近
- 暗视场：打低角度，？框灯、条灯、环灯
处于亮度的考虑，安装距离1m，条灯、Dome灯用不了
常用光源：环灯、条灯（组成框灯）
- 条灯应用广泛，线扫高亮光源用的多
- 线扫光源亮度很高，常见3种：线扫高亮高均匀的光源、线扫同轴、线扫Dome灯
- 红外背光穿透力强
- 产品不带颜色，建议用白色的光
- 球积分光源=碗灯
- 红外光源+红外滤镜：外界光对它的影响小，对油有比较好的抗干扰
- 紫外光源：对荧光物质敏感
红外光
- 近红外：靠近可见光
- 远红外：远离可见光
滤镜
- 不同颜色的光加对应颜色的滤镜可以减少外界的干扰，白光不需要加滤镜
- 滤镜与光源波长需要对应
检测彩色
- 检测的产品有各种颜色，光源只能用白色，相机用彩色相机
- 检测的产品只有一种颜色，想提高对比度，想把目标打亮，选择颜色一致的光源，想把目标打暗，选择互补的光源
只要太阳光直射，任何光源都不行
应用场景
- 不平的表面：Dome灯
- 发光平的：同轴
- 圆形：环灯
- 长方形：框灯
- 医疗灌装：紫外光源
- 塑料：红外光源
- 瓶盖上的字符：背光红外
根据反射情况，尝试用低角度
频闪可以增大光源亮度
选光源最重要的是测试
如果拿到产品，实在不知道用什么光源，就试条灯、环灯