機器視覺工程師如何選擇相機與對應的鏡頭

相機和鏡頭是機器機視覺中重要的組成部分，合適的相機和鏡頭決定了系統的好壞。但是大部分的機器視覺工程師對如何選擇工業相機和合適的鏡頭上犯了難。

相機選擇主要包括兩個方面：線陣相機的選擇和麵陣相機的選擇。首先，不管是線陣相機，還是面陣相機，都需要事先指導和相機有關的一些引數。
1、解析度（這裡說的是相機感測器成像大小）：例如1024pixel x 1024pixel；
2、幀率（面陣相機）：每秒能拍攝的影像張數；
3、行頻（線陣相機）：每秒採集的影像行數，實際上也是每秒拍攝的張數；
4、像元尺寸：感測器上一個物理像元的尺寸，例如：7.4um x 7.4um；
5、感測器尺寸：像元尺寸乘以解析度就是感測器尺寸；
6、焦距：指平行光入射時從透鏡光心到光聚集之焦點的距離；
7、物距：物體到透鏡光心的距離；
8、光學放大倍率：一般的情況下是固定值，一般就是0.35倍-2.25倍或者是0.75倍-4.5倍；
9、工作距離：也就是物距；
10、曝光時間：為了將光投射到照相感光材料的感光面上，快門所要開啟的時間；
11、視場角：最邊緣的入射光線在鏡頭中心組成的角度
12、靶面尺寸：感測器成像的大小；
13、精度：感測器一個畫素所代表的實際物體的尺寸是多少；
14、景深：在攝影機鏡頭或其他成像器前沿能夠取得清晰影像的成像所測定的被攝物體前後距離範圍。

線陣相機適合於高速運動的物體，一般建議40km/h運動的物體可以採用線陣相機拍攝。
1、確定成像物體的尺寸：例如 AxB（單位：mm）;
2、工作距離暫定為C(單位：mm)
3、精度D(單位：mm/pixel)
4、速度為V(單位：mm/s)
5、景深E(單位：mm)
那麼相機必須具有的採集速度為：V/D（用來確定行頻）
相機最小的成像尺寸為（假設是以A作為成像寬度）：A/D（用來確定相機的成像尺寸）
有了這兩個引數，基本上就可以確定相機的型號了，例如：行頻為55k, 尺寸為2048×1,其他滿足要求即可。

面陣相機的選擇要稍微複雜一點，適合低速運動的物體。一般建議40km/h。同樣需要下面這些引數：
1、確定成像物體的尺寸：例如 AxB（單位：mm）;
2、工作距離暫定為C(單位：mm)
3、精度D(單位：mm/pixel)
4、物體運動速度為V(單位：mm/s)
5、景深E(單位：mm)
首先，成像的視場必須大於物體的物理尺寸，例如，市場定為2Ax2B（儘量保有餘量）
相機水平成像尺寸：A/D；垂直成像尺寸：B/D；根據計算結果，就選擇大於這兩個資料的相機尺寸axb；
現在考慮曝光時間，因為這個關係到成像有沒有拖影;
曝光時間 < D‘/V（當相機的成像尺寸確定後，重新確定精度，假設為D‘，計算為2A/a）

有了相機，沒有鏡頭是不行的。
鏡頭的選擇過程如下：
放大率F = 像元尺寸/精度 （相機選擇了之後，像元尺寸也就確定了）
焦距=工作距離*放大率/（放大率+1），計算出結果後，就選擇比這個數值小，而且最接近的標準焦距；
靶面直徑=相機像元尺寸x相機的水平或者垂直的畫素數，（所以鏡頭的尺寸必須大於這個數值，要不然在感測器上成的像就不全）
這幾個引數確定後就可以選擇鏡頭型號了。
這裡要注意，選擇鏡頭的時候，還要注意視場角，（假設市場大小為2Ax2B）
水平視場角=2*arctg(A/C)
垂直視場角=2*arctg(B/C)

在選擇一款工業數字相機時，物體成像的速度必須充分考慮好。例如，假設在拍攝過程中，物體在曝光中沒有移動，可用相對簡單和便宜的工業相機；
對於靜止或緩慢移動的物體，面陣工業相機最適合於對靜止或移動緩慢的物體成像。因為整個面陣區域必須一次曝光，在曝光時間當中任何的移動會導致影像的模糊，但是，運動模糊可以通過減少曝光時間或使用閃光燈來控制；對於快速移動的物體，當對運動的物體使用一個面陣工業相機時，需要考慮在曝光時間當中處於工業相機當中的運動物件數量，還需要考慮物體上能用一個畫素表徵的最小特徵，也就是物件解析度，在採集運動物體的影像的拇指規則就是曝光必須發生在採集物體移動量小於一個畫素的時間內。
如果你採集的物體是在以1釐米/秒的速度勻速移動，而且物體解析度已經設定為1 pixel/mm，那麼需要的最大曝光時間是1/10每秒。因為物體移動一個距離恰好等於相機感測器中的一個畫素，當使用最大曝光時間時這裡會有一定數量的模糊。
在這種情況下，一般傾向於將曝光時間設定的比最大值要快，比如1/20每秒，就能保持物體在移動半個畫素內成像。如果同樣的物體以1釐米/秒的速度移動，物體解析度為1 pixel/微米，那麼一秒中所需要的最大曝光是1/10000.曝光設定的對快取決於所採用的相機，還有你是否能夠給物體足夠的光來獲得一幅好的影像。
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