工业相机和镜头选型技巧

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一、加接圈,视野为什么会变小?



1、视野公式理解

焦距=物距X相机尺寸/相机视野

虽然像距总是大于焦距,但是二者的物理定义近似,当物距处于无穷远处时,焦距和像距是相等的,可以将焦距等价于像距去理解这个公式,即像距与感光芯片尺寸的比值和物距与视野的比值是相等的。

即:焦距/感光芯片尺寸=物距/视野,这样就很好理解



2、加接圈后视野变小分析

相机确认后,相机的尺寸不变,相对于定焦镜头,如果视野要变小,相对的物距要变小,加接圈会使得物距变小,像距变大。

注:相当于人靠近了看东西,视野当然变小



二、在如下试验台中,加了接圈,图像要清晰,那么相机高度应该如何调整?



1、试验台场景

在这里插入图片描述


(上图来源于 百度图片)



2、像距、物距和焦距的关系公式如下

(1/物距)+(1/像距)=(1/焦距)



3、分析

我们加了接圈,焦距是不变的,相当于像距变大,相应的我们的物距要减小,因此,相机应该向下移动,靠近物体,减少物距。



三、相机型号确定后,如何根据产品大小选择镜头



1、相机型号参数

假设需要做胶水缺陷检测,从成本以及实用考虑,200万彩色相机对于CCD和MEMS产品普通的胶水缺陷的视觉检测具有有用的成像,成本适当。

baser的200万彩色相机,感光芯片尺寸为:7.2X5.4mm



2、视野的确定

一般产品要位于整幅图的正中央,图像略大于产品。

假设某客户的产品为40mmX40mm,那么视野可以确定为50mmX50mm,此视野相对来说比较大了,可能需要很高的工作距离。



3、镜头的选择

经验来说,工作距离越大,焦距对应也越大,此时应该选择较小的焦距,比如25mm以下。到底选择多大的焦距,要看我们的机械结构有多少物距空间,计算如下:

物距=视野X焦距/感光芯片尺寸

(1)50mm焦距的镜头

短边达到50视野:物距需要462.96mm

长边达到50视野:物距需要347.22mm

(2)35mm焦距的镜头

短边达到50视野:物距需要324.07mm

长边达到50视野:物距需要243.05mm

(3)25mm焦距的镜头

短边达到50视野:物距需要243.05mm

长边达到50视野:物距需要231.48mm

(4)12mm焦距的镜头

短边达到50视野:物距需要111.11mm

长边达到50视野:物距需要83.33mm



4、结论

机器的视觉结构中,机械距离应该不超过200mm,相机如果确定,应该选择焦距为12mm的镜头



四、远心镜头基本信息和原理



1、远心镜头的应用场景

对机械部件进行精确测量



2、远心镜头的特点

(1)物体位移导致的放大倍率变化

(2)图像畸变

(3)透视误差

(4)较差的图像分辨率

(5)光源几何形状导致的物体边缘位置的不确定性



3、放大倍率稳定性的要求

【1】在2D测量中以及大部分的工业机器人中,只需要物体的正交视图(只有俯视平面,额没有侧面图)

【2】工作时,机器震动会导致物体振动

【3】许多物体的景深很大,在几厘米以上

【4】同一张照片,不同高度位置的同时测量,在保证清晰情况下,图像尺寸和实际尺寸比例要不变

在这里插入图片描述



4、远心定义

当物体保持在一定的范围内,远心镜头获得的尺寸不会随物体位移而发生变化,这一范围被称为“景深”或“远心范围”。



五、相机确认后,镜头应该如何挑选



1、根据视野和物距确定焦距



2、光学尺寸

相机之所以能够成像,是因为镜头把物体反射的光线打到了CCD芯片上面,镜头的镜面尺寸要大于CCD的尺寸



3、芯片类型尺寸图

在这里插入图片描述



4、镜头的接口

(1)C接口:镜头的标准接口之一

(2)CS接口:与C接口的区别仅仅在于镜头定位面到图像传感器的距离不同,C接口是17.5mm,CS是12.5mm。C接口的镜头配合CS的接口的相机需要增加一个5mm的接环。

(3)F接口:一般工业相机的CCD尺寸超过1时,使用F口。



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