浅谈机器视觉的相机，镜头选型和打光

本文章只针对较为常见的案例，具有一定的通用性。具体内容为本人的实际学习笔记，做为记录和参考。
相机，镜头选型和打光

需求分析，（识别定位，缺陷检测，OCR，测量）
方案设计，相机光源。方案合同
概要，
程序具体书写
调试
测试
修改结题
维护

书籍《工程光学》
打光原则：出现大的对比度，大的暗亮变化
焦距，CCD到镜头玻璃的距离
CCD的尺寸固定不变，焦距变大则视野变小
成像放大倍数=像元大小【um】/（系统分辨率【mm】1000）
光学成像原理：1/物距+1/像距=1/焦距。焦距=工作距离成像放大倍数/（成像放大倍数+1）。【物距：物体到镜头的距离，像距：镜头中心点到CCD的距离】
线放大倍率：像距/物距=像高/物高
普通镜头：

焦距：CCD到镜头镜片光学中心的距离
光圈：控制通关量的大小【光圈大就亮，光圈小就暗】
光圈数：F=f/D【D：当前光圈的张开直径】【光圈数小镜头分辨率高】【标识F1.4||1:1.4】
景深：物体成清晰像的情况下载物体控件的移动范围【光圈小||焦距小||拍摄距离大->景深大】
镜头MTF曲线：呈现越抖则综合素质越低，当为较为平直的直线时则综合素质最佳【y轴为MTF值x轴为空间频率】
接口：c，cs，F。【c，cs的是螺纹。F为卡扣】
与镜头匹配的相机尺寸，1/3（英寸【对角线】。相机一英寸=16毫米）为匹配的相机CCD的尺寸，cs为匹配cs接口相机
镜头分辨率
镜头外部为焦距调节，镜头螺纹部位光圈调节（常见镜头）
焦距选型公式：视场范围/CCD尺寸=工作距离/焦距。焦距=工作距离*CCD尺寸/视场范围
CCD尺寸直接查相机尺寸列表

参考例程：
已知客户观察范围为30mm30mm，工作范围为100mm，CCD尺寸为1/3，需要多少焦距镜头？
1/3=1/316mm/（相机）英寸=3.6mm垂直方向
焦距=（100*3.6）/30=12mm

已知客户要求系统分辨率为0.06mm，像元大小为4.7um，工作距离大于100mm，光源为白光，需要多少焦距镜头？
【客户没有变焦需求则使用定焦镜头】
【如果带有测量功能的尽量带有畸变小的镜头或者远心镜头】
成像放大倍数=4.7/（0.061000）=0.0783
焦距=1000.0783/（0.0783+1）=7.26mm
【镜头的成像面应大于CCD尺寸，使得镜头接口与相机匹配】

相机（光电转化传感器型）CCD/CMOS【线阵/面阵】
相机参数：
1.曝光
2.分辨率
3.增益
4.帧率
5.尺寸
6.镜头接口
7.输出接口
8.白平衡

物方远心（可以矫正畸变）（放大倍率不变【恒定指标（0.5倍非常大）】）
像方远心（放大倍率与像距无关，可以消除像方调焦不准引入的测量误差。）
双侧远心（它综合了像方远心和物方远心的双重优点，在景深范围内，物体离得远近或者相机离得远近，都不会影响到成像系统的放大倍数，即像不随物距和相距的变化而变化。）
远心相机均为小景深。
案例：客户的镜头尺寸为1/3，接口为CS接口，视野大小为1210mm要求精度为0.02mm，则应该选用多大分辨率的相机
【视野范围/精度=所需像素】
计算方法：（12/0.02）（10/0.02）=30万像素
（【当在缺陷检测中不会只用一个像素表示精度，应去3-4倍即为，30*4=120万像素】）
所以应当选择不少于120万像素相机

相机镜头匹配：

镜头像素应大于相机像素
镜头视野范围大于相机视野范围（不匹配会出现黑边）
镜头与相机接口应当一致

光源选型：（均匀，对比度高，背景与物体差别大）
偏振片和滤光片
测量项目应选择远心或者低畸变镜头+背光源（短波长光）
光源种类：
1.条光
2.背光源
3.球面光源
4.点光源
5.同轴光源
6.组合光源
7.环形光源
（互补光）
相同颜色的光会出现高反（图像会变的很亮）

互补光则会变暗
1.同轴光源：
所得的图像非常均匀。适用于表面微小物体检测
2.角度照射：
在一定的工作距离下，光束集中，亮度高，均匀性好，但是照射面积小（常用于液晶矫正，塑胶容器检测，工件螺孔定位，标签检测，管脚检查，pcb印字检查。尤为适合各种奇形怪状的物体。【30,45,60,75度】）
3.垂直照射：
照射面积大，光照均匀性好，适用于较大面积照明，用于基底和线路板定位，晶体检查等【0角度环光，面光源】
4.球面照射（瓦罐状照射，圆顶光源）：
用于检测曲面的金属表面文字。
5.背光源照射：
适合检测物体的轮廓（测量），透明物体的不透明部分。
6.条光：
条光照射宽度应大于检测距离，否则会出现照射距离远导致的亮度差，或者照射距离近的辐射不够大。条光长度应该处于可以照射被照亮的地方即可。如果为高反射物体（金属）应加上漫反射板或者偏正片，黑色物体则不需要。
7.环形光：
根据按照距离可以过滤某些角度的光源，距离远则使用小角度光源，距离越高，要求光源直径越大。目标面积小，且主要特性在中部，课选择小尺寸0角度光源或小角度光源。目标需要表现的特征在边缘，课选择90度角环光，或者大角度环光。检测表面划伤，可选择90角环光，尽量选择波长短的光源（衍射效果不明显）。
8.背光源：
选择背光源时候应根据物体大小选择合适背光源。选择背光源时，应把物体放在背光源的中间。背光源一般为检测轮廓时，可以尽量使用波长短得光源其衍射性弱，图像边缘不容易产生重影，对比度高。背光源与物体的距离根据实际情况选择。检测液位可以将背光源侧立使用。圆轴类的产品，螺旋状的产品常使用背光源。

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