机器视觉相机镜头选型与应用

相机、镜头、光源如何选择（建议收藏）机器视觉在跨多个学科的行业和研究领域实现了令人兴奋的新进展。

设计机器视觉系统似乎令人生畏，本文概述了机器视觉系统的不同方面，目的是帮助相机、镜头、光源的选择。

相机机器视觉相机中的传感器是一项技术，可从视场(FOV) 中的相应对象创建图像。

传感器是相机中规格最多的部分，它决定了相机的一些最重要的特性。

这些重要特性包括但不限于传感器尺寸、像素尺寸、光谱特性和快门类型。

由于适用于不同目的、应用和技术的相机型号种类繁多，因此了解相机的应用非常重要。

最常见的相机接口是通用串行总线(USB) 和千兆以太网 (GigE)，这些接口提供标准化的数据传输协议和软件兼容性。

此外，相机接口决定了数据传输速度和相机同步等规格USB 3.1 Gen 1 是一种通用接口，数据传输速率限制在 5 Gb/s 左右。

GigE 连接范围从 1000 Mb/s 到 10 Gb/s。

数据传输速度影响帧速率。

对于在FOV 中快速移动的物体，与USB 接口相关的更快数据传输速率可能是比 USB 接口更好的选择，尤其是对于实时视频捕获。

通常，USB 为相机供电。

默认情况下，大多数GigE 接口不为摄像机供电。

但是，某些 GigE 接口可以使用以太网供电 (PoE) 或输入/输出连接 (GPIO)。

这些 PoE 和 GPIO 接口将需要额外的电缆和电源。

传感器尺寸决定了FOV 的大小和系统的主要放大倍率(PMAG)。

图1 显示了用于传感器格式的命名约定，该命名约定基于1930 年代至 1990 年代用于电视摄像机的过时阴极射线摄像机管。

带有数字的命名约定不提供有关它们所指的传感器尺寸的直接信息。

但是，规格表上为成像镜头指定了最大传感器格式。

如果相机传感器大于镜头的最大传感器格式，则传感器边缘会变暗；这种现象称为渐晕。

在选择成像镜头时，传感器尺寸兼容性很重要。

主要用于机器视觉相机的传感器技术有两种。

CCD和CMOS传感器，两者都将光转换为电子信号。

远心镜头如何进行参数选型远心镜头是一种用于工业视觉领域的光学镜头，广泛应用于机器视觉、自动化检测等领域。

在选择远心镜头时，需要考虑许多参数，包括工作距离、视场角、焦距等。

本文将详细介绍远心镜头参数的意义和选择方法。

工作距离远心镜头的工作距离，也叫作工作距，指的是从镜头到被测物体的最短距离。

不同的远心镜头工作距离不同，通常在100mm至300mm之间。

选择工作距离需要考虑被测物体的大小和工作场景的环境。

如果被测物体较小，比如小于50mm，那么工作距应该选择较小的镜头，以保证能够清晰地观察被测物体。

如果被测物体较大，那么就需要选择较大的工作距离的镜头。

此外，工作场景的环境也应该考虑，如果环境狭小，需要选择较短的工作距离镜头。

视场角视场角是指镜头所能捕获到的场景大小，通常用度数来表示。

例如，30mm镜头的视场角能够捕获到400mm×300mm的场景。

视场角与焦距有关，焦距越大，视场角越小，焦距越小，视场角越大。

在选择视场角时需要考虑被测物体的大小和工作场景，如果被测物体较小，则需要选择较小的视场角，以便捕获到被测物体的全部内容。

如果被测物体较大，则需要选择较大的视场角，以便在一定距离内捕获到其全部内容。

此外，还需要考虑工作场景是否需要全景视野，如果需要，则需要选择大视场角的远心镜头。

焦距远心镜头的焦距是指镜头的焦点到像面的距离。

焦距越大，放大率越小，视场角越小。

焦距和工作距离有关，通常，大工作距离的远心镜头焦距也会相对较大。

在选择焦距时，需要考虑被测物体的大小、所需放大率和工作距离。

如果比较小的被测物体需要高放大率时，需要使用较大焦距的远心镜头。

如果远心镜头所需工作距离较远，则需要使用较大焦距的镜头来压缩远心镜头的感光面积。

其他参数除了工作距离、视场角和焦距，还有许多其他参数需要考虑。

例如，光学畸变需要保持在一定范围内，否则会影响成像效果；分辨率需要达到应用要求；光学线性度需要保持在一定水平。

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7、f:镜头的焦距8、LE:镜头像平面的扩充距离相机和镜头的选择技巧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pixelFOVmin=SS（Dmin/FL）如:SS=6.4mm，Dmin=8in，FL=12mm pixel=640*480则:FOVmin=6.4（8/12）=4.23mm 4.23/640=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镜头的放大率放大率光学放大率影响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〃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）。

上海嘉肯光电科技有限公司:机器视觉光源的研发工业镜头选型技巧有哪些？在机器视觉系统中工业相机、图像处理软件和机器视觉光源固然很重要，但是光学镜头也是系统中必不可少的部件，直接影响成像质量的优劣，影响算法的实现和效果。

所以其作用亦不可或缺，系统若想完全发挥其功能，工业镜头必须要能够满足要求才行。

选择合适的工业镜头，是降低机器视觉系统成本，提高系统稳定性的重要步骤。

当为视觉系统选择镜头的时候，应该分析下面几个因素，就可以针对具体应用确定合适的镜头。

距离约束自动化机器视觉系统和装配线所需的空间差异很大，不同的系统应用需要不同的安装空间。

所谓的工作距离，是指当图像在焦距范围内的时候，物体和工业相机镜头前端的距离。

它限制了视觉系统以及和视觉系统一起工作的设备所需要的空间。

景深光学系统的性能取决于允许的图像模糊程度，模糊可能源于物体平面或者图像平面的位置漂移。

景深是指由探测器移动引起的可以接受的模糊范围，它依赖于工作F数，可以用来衡量镜头的聚光能力。

物体特性上海嘉肯光电科技有限公司:机器视觉光源的研发 在为机器视觉系统选择工业镜头之前，必须确定物体特性和分析环境。

这个可视区域叫做无遮挡视场（FOV），相机芯片大小对于确定FOV所需要的光学放大倍数是非常重要的。

视野FOV：拍摄目标的大小。

工作距离WD：工业相机（镜头）到目标的距离。

配合使用工业相机的芯片大小。

由上面三个参数，可以确定使用镜头的焦距。

是否需要光学变焦：有些项目需要对不同的层面的目标进行拍摄的，所以可能需要考虑光学变焦镜头。

是否需要自动光圈：有些案例，周围光照不一致，需要考虑自动光圈，以保证图像亮度的一致性。

是否需要自动对焦：如果物体会出现在不同的层面，可以考虑自动对焦功能。

上海嘉肯光电科技有限公司是一家专业从事机器视觉光源的研发、生产和销售为一体的高新技术企业。

以工业检测、机器视觉、图像处理、科学研究等领域为主要研发及经营方向。

此外，公司还代理工业镜头、工业相机、图像采集卡、图像处理软件和各类视觉附件。

机器视觉镜头选型原则机器视觉是一种通过使用相机和其他传感器来模拟人类视觉以实现目标检测和识别的技术。

在机器视觉中，选择合适的镜头是至关重要的，因为它直接关系到图像质量和视觉算法的性能。

以下是一些机器视觉镜头选型的原则和参考内容。

1. 分辨率：分辨率是指镜头能够捕捉细节的能力。

在选择镜头时，应根据需要的应用和要求选择适当的分辨率。

如果需要检测和识别小尺寸的目标或精细的图像特征，需要选择具有较高分辨率的镜头。

2. 焦距：焦距决定了镜头的视场范围和放大倍率。

对于机器视觉应用，焦距的选择应根据需要的视场范围和目标大小来确定。

较长的焦距可以提供更大的视场，但放大倍率较小；而较短的焦距可以提供更大的放大倍率，但视场较小。

3. 光圈：光圈是控制镜头进入的光线量的孔径大小。

较大的光圈可以提供更多的光线，使图像更明亮，但深度-of-field 相对较浅；而较小的光圈可以提供更深的景深范围，但可能需要较长的曝光时间。

光圈的选择应根据可用的光照条件和需要的景深来确定。

4. 畸变：镜头畸变是指镜头图像与实际对象之间的形状偏差。

选择镜头时，应尽量选择具有较小畸变的镜头，以确保图像准确地反映出实际场景。

5. 透过率：透过率是指镜头对光线透过的能力。

一个高透过率的镜头可以捕捉到更多的光线，提供更明亮和清晰的图像。

因此，在选择镜头时，应尽量选择具有高透过率的镜头。

6. 调焦和变焦：一些机器视觉应用可能需要在检测和识别过程中动态调整焦距。

因此，在选择镜头时，应考虑是否需要具有自动调焦或变焦功能。

7. 传感器尺寸：镜头的传感器尺寸应与相机传感器尺寸匹配。

如果相机使用较小的传感器，选择适当尺寸的镜头以确保最佳的图像质量和性能。

8. 适应环境：在选择机器视觉镜头时，还需要考虑应用的环境条件，例如室内还是室外，光照条件等。

根据环境中的光线质量和强度，选择镜头的特定设计和材料。

总的来说，在选择机器视觉镜头时，需要综合考虑应用需求、图像质量、光照条件以及环境要素等因素。

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；。

机器视觉中用工业镜头与工业相机CCD选型指导手册道镜头的参数指标光学镜头一般称为摄像镜头或摄影镜头，简称镜头，其功能就是光学成像。

在机器视觉系统中，镜头的主要作用是将成像目标聚焦在图像传感器的光敏面上。

镜头的质量直接影响到机器视觉系统的整体性能;合理选择并安装光学镜头，是机器视觉系统设计的重要环节。

1.镜头的相关参数1焦距焦距是光学镜头的重要参数，通常用 f 来表示。

焦距的大小决定着视场角的大小，焦距数值小，视场角大，所观察的范围也大，但距离远的物体分辨不很清楚;焦距数值大，视场角小，观察范围小，只要焦距选择合适，即便距离很远的物体也可以看得清清楚楚。

由于焦距和视场角是一一对应的，一个确定的焦距就意味着一个确定的视场角，所以在选择镜头焦距时，应该充分考虑是观测细节重要，还是有一个大的观测范围重要，如果要看细节，就选择长焦距镜头;如果看近距离大场面，就选择小焦距的广角镜头。

2光阑系数即光通量，用 F 表示，以镜头焦距 f 和通光孔径 D 的比值来衡量。

每个镜头上都标有最大 F 值，例如6mm/F1.4 代表最大孔径为 4.29 毫米。

光通量与 F 值的平方成反比关系，F 值越小，光通量越大。

镜头上光圈指数序列的标值为 1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，16，22 等，其规律是前一个标值时的曝光量正好是后一个标值对应曝光量的 2 倍。

也就是说镜头的通光孔径分别是 1/1.4，1/2，1/2.8，1/4，1/5.6，1/8，1/11，1/16，1/22，前一数值是后一数值的根号 2 倍，因此光圈指数越小，则通光孔径越大，成像靶面上的照度也就越大。

3景深摄影时向某景物调焦，在该景物的前后形成一个清晰区，这个清晰区称为全景深，简称景深。

决定景深的三个基本因素: 光圈光圈大小与景深成反比，光圈越大，景深越小。

焦距焦距长短与景深成反比，焦距越大，景深越小。

物距物距大小与景深成正比，物距越大，景深越大。

机器视觉选型相机规则机器视觉是一种模拟人眼进行图像识别和处理的技术，广泛应用于工业自动化、无人驾驶、安防监控等领域。

而相机作为机器视觉的重要组成部分，其选型规则对于机器视觉系统的性能和稳定性具有关键影响。

本文将从分辨率、帧率、感光元件、镜头、接口等方面介绍相机选型的规则。

一、分辨率相机的分辨率是指图像的像素数量，通常用横向像素数和纵向像素数表示。

分辨率越高，图像细节越丰富，但也会增加图像处理的计算量。

在选择相机分辨率时，需根据实际应用场景和需求来确定，避免过高或过低的分辨率。

二、帧率帧率是指相机每秒传输的图像帧数，常用单位为fps（Frames Per Second）。

帧率越高，图像的连续性越好，适用于高速运动物体的检测和追踪。

但高帧率相机通常价格昂贵，且会增加数据处理的复杂度。

三、感光元件感光元件是相机的核心部件，决定了图像的质量和灵敏度。

常见的感光元件有CCD和CMOS两种。

CCD感光元件具有较高的图像质量和低噪声特性，适用于对图像质量要求较高的应用场景；而CMOS感光元件则具有低功耗、高速度、集成度高等优势，适用于对帧率要求较高的应用场景。

四、镜头镜头是相机的光学系统，直接影响图像的清晰度和视场范围。

选择镜头时，需考虑焦距、光圈、视场角等参数。

焦距决定了镜头的放大倍数，光圈决定了镜头的透光能力，视场角决定了镜头的拍摄范围。

根据实际需求，选择合适的镜头参数，以获得清晰、准确的图像。

五、接口相机与其他设备的连接通常通过接口完成，常见的接口有USB、GigE、Camera Link等。

USB接口简单易用，适用于小型相机和低带宽应用；GigE接口具有较高的传输速度和稳定性，适用于大带宽应用；Camera Link接口则适用于对图像传输速度和稳定性要求较高的应用。

总结起来，机器视觉选型相机的规则包括分辨率、帧率、感光元件、镜头和接口。

在选型时，需根据实际应用需求和预算来确定各项参数。

同时，还需要考虑相机的稳定性、可靠性和兼容性等因素，以确保机器视觉系统的正常运行和性能表现。