工业相机、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:

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;
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;
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;
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：

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。

验证分辨率是否达到要求：100 / 1040 = 0.096 < 0.1 (实际分辨率小于要求分辨率)，满足要求。

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。

可以根据分辨率、相机的行频、来初步确定相机型号。

相机靶面尺寸 = 像素 *  像元尺寸来计算  。

镜头焦距 = 靶面尺寸 * 物距 / 幅宽

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：
工业相机、镜头选型
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。
工业相机、镜头选型

透镜示意图：

工业相机、镜头选型

选型小总结：

C接口，C型接口螺纹连接，后截距为17.5mm；
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；
镜头的分辨率要高于像元的分辨率；
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；
光圈越大，图像亮度越高；景深越小；分辨率越高；
像场中心比边缘分辨率高；像场中心比边缘光强亮；
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;
标准C口: 靶面 11mm-22mm(2k以下);
F口: 靶面 28mm-50mm(4k以下);
V口镜头:靶面 28mm -108mm (8K以上) V口镜头:靶面 28mm -108mm (8K以上);
靶面 : 镜头的靶面要大于或等于sensor的对角线。

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