机器视觉中使用工业镜头的计算方式
机器视觉(相机、镜头、光源 )全面概括
机器视觉（相机、镜头、光源）全面概括分类：机器视觉2013-08-19 10:52 1133人阅读评论(0) 收藏举报机器视觉工业相机光源镜头1.1.1视觉系统原理描述机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。
机器视觉系统是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分CMOS 和CCD 两种）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。
2.1.1视觉系统组成部分视觉系统主要由以下部分组成1.照明光源2.镜头3.工业摄像机4.图像采集/处理卡5.图像处理系统6.其它外部设备2.1.1.1相机篇详细介绍：工业相机又俗称摄像机，相比于传统的民用相机（摄像机）而言，它具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等，目前市面上工业相机大多是基于CCD（ChargeCoupled Device）或CMOS（Complementary Metal OxideSemiconductor）芯片的相机。
CCD是目前机器视觉最为常用的图像传感器。
它集光电转换及电荷存贮、电荷转移、信号读取于一体，是典型的固体成像器件。
CCD的突出特点是以电荷作为信号，而不同于其它器件是以电流或者电压为信号。
这类成像器件通过光电转换形成电荷包，而后在驱动脉冲的作用下转移、放大输出图像信号。
典型的CCD相机由光学镜头、时序及同步信号发生器、垂直驱动器、模拟/数字信号处理电路组成。
CCD作为一种功能器件，与真空管相比，具有无灼伤、无滞后、低电压工作、低功耗等优点。
CMOS图像传感器的开发最早出现在20世纪70 年代初，90 年代初期，随着超大规模集成电路(VLSI) 制造工艺技术的发展，CMOS图像传感器得到迅速发展。
CMOS图像传感器将光敏元阵列、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换电路、图像信号处理器及控制器集成在一块芯片上，还具有局部像素的编程随机访问的优点。
机器视觉中用的工业相机与普通相机的区别
机器视觉中用的工业相机与普通相机的区
别
机器视觉系统就是利用机器代替人眼来作各种测量和判断。
机器视觉相机的目的是将通过镜头投影到传感器的图像传送到能够储存、分析和(或者)显示的机器设备上。
作为机器的“眼睛”,相机占据非常重要的地位。
按照不同标准可分为标准分辨率数字相机和模拟相机等。
根据不同的实际应用场合选不同的相机和高分辨率相机线扫描CCD和面阵CCD;单色相机和彩色相机。
那么工业相机和我们日常生活中用的普通相机有什么区别呢?
1、工业相机的快门时间非常短,可以抓拍快速运动的物体,工业相机的快门时间般都是微秒级的,配合光源、频闪控制器以及全屏曝光,可以有效解决拖影等问题。
2、工业相机的拍摄速度远远高于一般相机。
工业相机每秒可以拍摄十幅到几百幅甚至更多的图片,而一般相机只能拍摄2-3幅图像,相差甚远。
3、工业相机的图像传感器是逐行扫描的,而一般摄像机的图像传感器是隔行扫描的,甚至是隔三行扫描的。
逐行扫描的图像传感器生产比较困难,成品率低,出货量也少,例如Dalsa、avt等,价格相对比较昂贵。
4、工业相机输出的是裸数据,其光谱范围也往往比较宽,比较适台进行高质量的图像处理算法,普遍应用于机器视觉系统中。
而一般相机(DSC)拍摄的图片,其光谱范围只适合人眼视觉,并且经过了MPEG压缩,图像质量也较差。
由于工业相机区别于普通相机的技术优势,工业相机更多的应用到各大领域中。
工业镜头相关参数
工业镜头相关参数工业镜头是一种用于工业应用的专用光学镜头，广泛应用于机器视觉系统、工业自动化设备、医疗设备等领域。
在选择和使用工业镜头时，了解相关参数是非常重要的。
本文将介绍一些常见的工业镜头相关参数，帮助读者更好地理解和选择适合自己需求的工业镜头。
1. 焦距 (Focal Length)焦距是工业镜头最基本的参数之一，它决定了镜头的放大倍率和视场角。
焦距越长，所拍摄的场景越小，放大倍率越大；焦距越短，所拍摄的场景越大，放大倍率越小。
一般来说，焦距越长的镜头适用于需要放大细节的应用，焦距越短的镜头适用于需要拍摄大范围场景的应用。
2. 对焦范围 (Focus Range)对焦范围是指工业镜头能够清晰对焦的距离范围。
在工业应用中，对焦范围通常需要根据实际需求来选择。
对焦范围较小的镜头适合需要对焦于近距离物体的应用，对焦范围较大的镜头适合对焦于远距离物体的应用。
3. 光学口径 (Optical Aperture)光学口径是指工业镜头镜片的直径大小，决定了镜头能够通过的光线量。
光学口径越大，镜头能够通过的光线越多，适用于低光条件下的拍摄。
光学口径对应的F值也是评估镜头透光能力的指标，F值越小，透光能力越强。
4. 图像传感器尺寸 (Image Sensor Size)图像传感器尺寸是指工业相机所使用的图像传感器的尺寸大小。
工业镜头的图像传感器尺寸需要与相机的图像传感器尺寸相匹配才能获得最佳的成像效果。
常见的图像传感器尺寸有1/3英寸、1/2英寸、2/3英寸等。
5. 解析度 (Resolution)解析度是指工业镜头能够捕捉和呈现的图像细节数量和清晰度。
解析度通常以水平线对应的图像细节数量来表示，单位为线对每毫米。
较高的解析度意味着镜头能够捕捉更多的细节并提供更清晰的图像。
6. 失真率 (Distortion)失真率是评估工业镜头图像形变程度的指标。
镜头失真会使图像形状发生扭曲或拉伸，影响成像的准确性。
低失真率的工业镜头能够提供更真实、更准确的图像。
机器视觉技术与应用实战-FA镜头和远心镜头
芯镜头
《机器视觉技术与应用实战》
FA镜头参数介绍
下表是一款500万分辨率镜头参数说明，可以支持2/3以下传感器芯片尺寸的相机。
《机器视觉技术与应用实战》
镜头的辅助器件
1 扩焦镜：安装在镜头和相机之间，改变焦距，但是物距不变。
《机器视觉技术与应用实战》
镜头的辅助器件
2 近摄接圈：安装在镜头和相机之间，可单独或者组合使用，是近距离成像的有效辅助配件。
FA镜头一般有定焦镜头和变焦镜头，定焦镜头有对焦调节环和光圈调节环，变焦镜头则会多一个变焦调 节环如下图
《机器视觉技术与应用实战》
FA镜头的选型
选择FA镜头需要考虑以下几点，FA镜头能否满足技术要求 工作距离 景深 视野 分辨率 畸变 FA镜头能否满足技术要求 1）被测量物体是否在同一个测量平面，不在同一平面放大倍率是不同的。 2）FA镜头畸变小于1%是否影响检测结果 3）视差也就是当物距变大时，FA镜头对物体的放大倍数也会改变； 4）FA镜头镜头的解析度能不能满足要求； 5）由于视觉光源的几何特性，而造成的图像边缘位置的不确定性。不适当光源干扰下造成边界的确定性
《机器视觉技术与应用实战》
《机器视觉技术与应用实战》
（4） 镜头的视野 视野 (Field of view)：简称FOV,或者叫视场角，图像采集设备所能够覆盖的范围，即和靶面上的图像所对应 的物平面的尺寸；前面介绍过它和工作距离，镜头焦距和相机传感器芯片尺寸有关。相机标定和视觉精度也 需要视野的准确尺寸。
大华机器视觉工业镜头及配件选型表
镜头选型方法一、确定检测范围根据检测对象确定视场范围，如长度L和宽度W。
二、确定相机选型1. 根据检测精度的要求，计算出所需的相机分辨率，即Sensor的像素数M*N，然后选择合适的 举例：检测100mm*100mm的范围，要求精度达到0.05mm，则所需像素至少要达到(100/0.05) 可以选用2590*2048或3072*2048的相机；2. 确定相机选型后，得出Sensor成像面尺寸H*V，可通过相机参数查询，也可根据以下公式计H=M*像元尺寸,V=N*像元尺寸 其中，像元尺寸可从sensor参数中查询3. 确定相机选型后，计算成像系统的放大率β=目标成像尺寸/目标实际尺寸=Sensor尺寸/对应视场大小举例：采用200W相机，Sensor水平尺寸H=9.216mm，对应检测长度L=100mm，则系统放大率 β=H/L=0.092三、镜头选刑1. 确定镜头像面规格及分辨率：(1) 镜头成像面应不小于Sensor成像面尺寸，否则可能会出现黑边或暗角。
如搭配1/1.8"相机(2) 镜头成像面不宜大于Sensor尺寸太多，否则可能会导致镜头清晰度不高或价格过高或外形(3) 镜头分辨力一般不低于Sensor分辨率要求，如1/1.8" 600W相机搭配2/3" 2MP镜头时清晰度2. 根据视场范围、Sensor尺寸和工作距离估算镜头焦距f：若工作距离为D，则镜头焦距可按以下公式进行估算：f=β*D举例：若系统成像放大率β=0.092,工作距离D=200mm，则镜头焦距约为f=0.092*200mm=19.4mm；此时选择1 则实际放大率β=f/D=0.08；若要保证原来0.092mm的放大率，可将工作距离调整为D=16/0.092=173m合适的相机型号0.05)*(100/0.05)=2000*2000，公式计算：92*200mm=19.4mm；此时选择16mm镜头，作距离调整为D=16/0.092=173mm清晰度可能较差；nsor尺寸/对应视场大小则系统放大率 β=H/L=0.092"相机可选用1/1.8"或2/3"的镜头；或外形尺寸过大等问题；。
机器视觉工业镜头计算方法
机器视觉工业镜头计算方法（一）
2012年8月1日 艾菲特光电
一、机器视觉中工业镜头的计算方式
1、WD物距工作距离（Work Distance，WD）。
2、FOV视场视野（Field of View，FOV）
3、DOV景深（Depth of Field）。
4、Ho:视野的高度
5、Hi:摄像机有效成像面的高度(Hi来代表传感器像面的大小)
手动光圈工业镜头是的最简单的工业镜头，适用于光照条件相对稳定的条件下，手动光圈由数片金属薄片构成。光通量靠镜头外径上的—个环调节。旋转此圈可使光圈收小或放大。在照明条件变化大的环境中或不是用来监视某个固定目标，应采用自动光圈工业镜头，比如在户外或人工照明经常开关的地方，自动光圈镜头的光圈的动作由马达驱动，马达受控于摄像机的视频信号。
显示器放大率
显示器放大率是被拍物体通过镜头成像显示在显示器上的放大倍数
显示器放大率＝（光学放大率）×（电子放大率）
例子:光学放大率＝0. 2X, CCD大小1/2（对角线长8mm）,显示器14〃
电子放大率＝14×25.4/8＝44.45（倍）
显示器放大率＝0.2×44.45＝8.89（倍）（1寸＝25.4mm）
广角镜头：视角9 0度以上，焦距可小于几毫米，可提供较宽广的视景。
远摄镜头：视角2 0度以内，焦距可达几米甚至几十米，此镜头可在远距离情况下将拍摄的物体影响放大，但使观察范围变小。
机器视觉(1)
第二节 工业相机
一、工业相机的基本概念（1）
传感器的尺寸
图像传感器感光区域的面积大小。这个尺寸直接 决定了整个系统的物理放大率。如：1/3“、1/2” 等。绝大多数模拟相机的传感器的长宽比例是4： 3 (H：V)，数字相机的长宽比例则包括多种：1： 1，16：9，3：2 etc。
机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识
机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识
第一节 工业镜头
二、镜头的分类（3）
按照用途分
微距镜头（或者成为显微镜头） 用于拍摄较小的目标具有很大的放大比
远心镜头 包括物方远心镜头和像方远心镜头以及双边远心镜头。
机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识
第一节 工业镜头
二、镜头的分类（4）
关于远心镜头
远心指的是一种光学的设计模式：系统的出瞳和入瞳的位置 在无限远处。
MTF能够同时表征系统重现物方空间的几何和灰度细 节能力，是衡量成像系统性能的最佳方式。 对于一个实际的成像系统，细节密集地方的对比度要 小于细节稀疏位置的对比度
成像系统中的每个环节都对系统最终的MTF产生影像， 包括滤色片，镜头，图像传感器，后期处理电路等等。
机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识
实际焦距×43mm 镜头成像圆的直径
机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识
第一节 工业镜头
二、镜头的分类（2）
按照功能分
变焦距镜头 镜头的焦距可以调节，镜头的视角，视野可变
定焦距镜头 镜头的焦距不能调节，镜头视角固定。聚焦位置和光圈可以 调节
定光圈镜头 光圈不能调节，通常情况下聚焦也不能调节。
美制 RS – 170 Norm
欧制 CCIR - Norm
640 480 480
机器视觉系统如何选择工业相机与工业镜头的匹配
相机与镜头接口匹配参照表：
相机接口 C C C C CS CS CS CS 5mm 5mm 5mm 5mm 加装 转接环 镜头 接口 C CS C CS C CS C CS +5mm +5mm +5mm +10mm -5mm 有效效应 聚焦 正常 变近视 变近视 变更加近视 变远视 正常 正常 变近视 视角 正常 变变大 变大 变更大 变小 正常 正常 变大 曝光 正常 变暗 变暗 变更暗 变亮 正常 正常 变暗
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8、LE:镜头像平面的扩充距离
相机和镜头选择技巧
1、相机的主要参数:
感光面积SS(Sensor Size)
2、镜头的主要参数:
焦距FL(Focal Length)
最小物距Dmin(minimum Focal Distance)
3、其他参数:
视野FOV(Field of View)
像素pixel
FOVmin=SS(Dmin/FL)
如:SS=6.4mm，Dmin=8in，FL=12mmpixel=640*480
则:FOVmin=6.4(8/12)=4.23mm4.23/640=0.007mm
如果精度要求为0.01mm，1pixels=0.007mm<0.01mm
结论:可以达到设想的精度
光学放大率
机器视觉中使用工业镜头的计算方式
1、WD物距工作距离(Work Distance，WD)。
2、FOV视场视野(Field of View，FOV)
3、DOV景深(Depth of Field)。
4、Ho:视野的高度
5、Hi:摄像机有效成像面的高度(Hi来代表传感器像面的大小)
6、PMAG:镜头的放大倍数
放大率
光学放大率
影像大小相对于物体的放大率
β=y’/y
=b/a
=NA/NA’
=CCD相机元素尺寸/视场实际尺寸
电子放大率
电子放大率是用相机拍照成像在CCD上的像呈现在显示器的放大倍数
显示器放大率
显示器放大率是被拍物体通过镜头成像显示在显示器上的放大倍数
显示器放大率＝(光学放大率)×(电子放大率)
例子:光学放大率＝0. 2X, CCD大小1/2(对角线长8mm),显示器14〃
பைடு நூலகம்电子放大率＝14×25.4/8＝44.45(倍)
显示器放大率＝0.2×44.45＝8.89(倍) (1寸＝25.4mm)
视场
视场是镜头与CCD相机连接时物体可被看见的范围大小
视场的大小是:(CCD格式大小)/(光学放大率)
例子:光学放大率＝0.2X，CCD1/2〃(4.8mm长，6.4mm宽)
视场大小:长＝4.8/0.2＝24(mm)
宽＝6.4/0.2＝32(mm)