机器视觉硬件选型计算概述
V1.0
目录
1相机 (4)
1.1相机光谱类型 (4)
1.2相机像素值 (5)
1.3图像帧速率和快门速度 (6)
1.3.1断续送料的应用 (6)
1.3.2连续送料的应用 (7)
1.4图像数据传输 (7)
1.4.1模拟传输方式 (8)
1.4.2数字传输方式 (8)
1.5其他要点 (9)
1.5.1像素深度 (9)
1.5.2传感器尺寸 (9)
1.5.3像元尺寸 (10)
1.5.4CCD&CMOS (10)
2镜头 (10)
2.1靶面尺寸 (11)
2.1.1面阵相机镜头 (11)
2.1.2线阵相机镜头 (11)
2.2焦距 (11)
2.3镜头分辨率 (12)
2.4接口类型 (13)
2.5工作距离 (14)
2.6镜头其他参数 (14)
2.6.1景深 (14)
2.6.2工作波长 (14)
2.6.3畸变 (15)
3光源 (16)
3.1光源类型 (16)
3.2光源照射方向性 (17)
3.2.1反射类型 (17)
3.2.2照射角度 (17)
3.3光源光谱 (23)
3.3.1光源颜色 (23)
3.3.2光源波长特性 (24)
3.3.3几种光源光谱使用情况汇总对比 (25)
3.4光源亮度调整 (26)
4其他 (27)
4.1各种滤镜/选配件 (27)
4.1.1偏光镜 (27)
4.1.2锐波滤镜 (28)
4.1.3保护镜 (28)
机器视觉硬件选型计算概述V1.0本资料主要包括相机、镜头和光源的选型计算概述。
1相机
相机选型主要参数包括：相机光谱类型、相机像素值、图像帧速率和快门速度、像素深度、传感器尺寸、像元尺寸。
1.1相机光谱类型
相机光谱类型即相机色彩类型主要分为彩色相机和黑白相机。在处理图像时，彩色照相机使用的是色调（颜色）数据，而黑白照相机使用的是强度（亮度）数据。首先要强调目前市场上同等分辨率的彩色相机和黑白相机价格差异不大，但是同等条件下仍然优选黑白相机（特别是涉及尺寸测量），主要原因如下：
1、在图像边缘检测算法中一般实现先将彩色图片转换为黑白
图片然后根据像素之间像素值差异实现边缘检测。在数据
转换中会存在像素信息的丢失。
2、黑白相机本身像素的准确度要优于彩色相机。
3、黑白相机的处理速度要更快，而且软件上可省略彩色转黑
白的时间，因此系统整体的响应时间更短。
但是在色彩信息可以作为识别区分要素的时候，需要选用彩色相机。如下图1所示为金色螺钉识别案例，需要通过色彩区分金色和银色。
图 1 识别金色螺钉案例
1.2相机像素值
机器视觉系统的使用者通常都非常关心如何找到瑕疵或裂纹的最小可检测尺寸即测量精度。如图2所示，机器视觉系统的测量精度取决于反映目标特征的像素数决定的，为保证测量准确性通常一个目标特征点通常至少对应16（4×4）个像素点。同一款相机的测量范围和测量精度成反比，具体测量范围和测量精度的大小取决于镜头放大倍数。
图 2 图片像素和测量精度关系示意
测量精度与像素值对照计算示意如图3所示。计算测量精度需单独核算X方向和Y方向精度，以下以Y轴像素精度为例。
A = 相机Y 方向的CCD 像素
B = 视野（Y 方向）(mm)
C = CCD（像素）上可检测的最小像素尺寸
则，最小可检测尺寸= B x C ÷A。
图 3 测量精度与像素值对照计算示意
现在来估算一下使用百万像素相机在60 mm 视野(B) 时的最小可检测瑕疵尺寸。假定最小可检测像素尺寸(C) 为理想值，即 4 个像素。如果将A = 1200 个像素、B = 60 mm、C = 4 个像素指定给前述公式：
最小可检测尺寸= 60 x 4 ÷1200 = 0.2 mm。
1.3图像帧速率和快门速度
图像帧速率和快门速度的计算主要是涉及运动工件在线检测，分两种情况：断续送料的应用和连续送料的应用。
1.3.1断续送料的应用
断续送料的应用中，目标会停止一段时间以便检测。每分钟可检测的目标数量可根据图像处理系统的处理速度来计算。此时：
1）最大生产线速度 = 视野÷设备响应时间
例如，要求的最小可检测瑕疵尺寸是0.2 mm 时，根据前表，二百万像素相机的视野可达100 mm。如果设备响应时间是50 ms，则最大生产线速度= 100 mm ÷0.05
sec. = 2000 mm/sec.
2）设备响应时间(sec.) =1/图像帧速率(Frames/sec.)+图像传输时间(sec.)+软件处理时间(sec.) +设备动作时间(sec.)
1.3.2连续送料的应用
连续送料的应用，除需要考虑图像帧速率还应该考虑相机的快门速度。
图 4 拍摄运动物体图像时高速快门和低速快门图像质量对比如果在检验连续薄膜/薄板时，快门速度（曝光时间）设置得不够快，则捕获的图像会有些模糊。为防止图像模糊，需要设置快门速度，以便在相机捕获图像时，目标移动距离不超过其自身尺寸的1/5。
快门速度 = 要求的最小可检测瑕疵尺寸÷ 5 ÷生产线速度
例如：要求的最小可检测瑕疵尺寸= 1 mm，生产线速度= 1 m/sec
快门速度= 1 mm ÷ 5 ÷1000 mm/sec. = 1/5000
理想的快门速度是1/5000。
1.4图像数据传输
按照不同的图像传输方式，相机可以大略的分为模拟相机和数字
