1、2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司1 1 機器視覺工業相機、鏡頭介紹1.1.機器視覺機器視覺- -工業相機基礎知識工業相機基礎知識2.2.機機器視覺器視覺- -鏡頭基礎知識鏡頭基礎知識3.3.典型案例典型案例2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司2 2 機器視覺機器視覺- -工業相機基礎知識工業相機基礎知識機器視覺系統概述機器視覺系統概述機器視覺系統是基于機器視覺為機器或自動化生產線建立的一套視覺系統被廣泛應用在生產制造等行業?？捎糜诒ＷC產品質量、控制生產流程、感知環境等2022-4-252022-

2、4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司3 3機器視覺機器視覺- -工業相機基礎知識工業相機基礎知識 工業相機常見分類：按照芯片類型可以分為CCD相機、CMOS相機；按照傳感器的結構特性可以分為線陣相機、面陣相機；按照掃描方式可以分為隔行掃描相機、逐行掃描相機；按照分辨率大小可以分為普通分辨率相機、高分辨率相機；按照輸出信號方式可以分為模擬相機、數字相機；按照輸出色彩可以分為單色（黑白）相機、彩色相機；按照輸出信號速度可以分為普通速度相機、高速相機；按照響應頻率范圍可以分為可見光（普通）相機、紅外相機、紫外相機等。2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇

3、光導通信科技有限公司4 4機器視覺機器視覺- -工業相機基礎知識工業相機基礎知識 工業相機圖片2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司5 5 機器視覺機器視覺- -工業相機基礎知識工業相機基礎知識工業相機的基本參數工業相機的基本參數1. 分辨率(Resolution):相機每次采集圖像的像素點數(Pixels)，對于數字工業相機機一般是直接與光電傳感器的像元數對應的，對于模擬相機機則是取決于視頻制式，PAL制為768*576，NTSC制為640*480。2. 像素深度(Pixel Depth):即每像素數據的位數，一般常用的是8Bit，對于數字工業相

4、機機一般還會有10Bit、12Bit等。3.像元尺寸(Pixel Size):像元大小和像元數(分辨率)共同決定了相機機靶面的大小。目前數字工業相機像元尺寸一般為3m-10m，一般像元尺寸越小，制造難度越大，圖像質量也越不容易提高。2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司6 64. 幀速率(Frame Rate):相機采集傳輸圖像的速率，對于面陣相機機一般為每秒采集的幀數(Frames/Sec.)，對于線陣相機機為每秒采集的行數(Hz)。5. 曝光方式(Exposure)和快門速度(Shutter):對于線陣相機都是逐行曝光的方式，可以選擇固定行頻和

5、外觸發同步的采集方式，曝光時間可以與行周期一致，也可以設定一個固定的時間；面陣工業相機有幀曝光、場曝光和滾動行曝光等幾種常見方式，數字工業相機機一般都提供外觸發采圖的功能。快門速度一般可到10微秒，高速工業相機還可以更快。6.傳感器尺寸(Sensor Size) 如1/2” 1/3” 2/3”等。傳感器尺寸越大,理論上可以聚集更多的感光單元,可以獲得更高的相素。在相素不變的情況下,相機傳感器尺寸越大,噪點控制能力越強,因為單個感光元件之間的間距越大,相互之間的信號干擾越小.7.接口類型：有Camera Link接口，以太網接口，1394接口、USB接口輸出，目前最新的接口有CoaXPress接

6、口。 2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司7 7機器視覺機器視覺- -工業相機基礎知識工業相機基礎知識工業相機的分辨率工業相機的分辨率分辨率：屏幕圖像的精密度，是指顯示器所能顯示的像素的多少。由于屏幕上的點、線和面都是由像素組成的，顯示器可顯示的像素越多，畫面就越精細，同樣的屏幕區域內能顯示的信息也越多，所以分辨率是個非常重要的性能指標之一。以分辨率為1024768的屏幕來說，即每一條水平線上包含有1024個像素點，共有768條線，即掃描列數為1024列，行數為768行。像素：像素是用來計算數字影像的一種單位。數碼相機的感光元件上的每一個成像的點

7、就是構成影像的最小單位，稱作“像素2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司8 8 機器視覺機器視覺- -工業相機基礎知識工業相機基礎知識工業相機的分辨率和像素的換算工業相機的分辨率和像素的換算通常來說200萬像素的數碼相機，最大影像分辨率是16001200192萬像素，也就是說，實際的有效像素就是192萬。 通常所說的300萬像素的數碼相機，最大影像分辨率是204815363145728像素，也就是說有效像素為314萬。其他像素級的數碼相機，其分辨率和有效像素的換算也是如此。 可以看出，像素越高，最大輸出的影像分辨率也越高 ，打印的照片可以放大的越大

8、。2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司9 9 機器視覺機器視覺- -工業相機基礎知識工業相機基礎知識工業相機的像素值和分辨率對應值工業相機的像素值和分辨率對應值30萬 64048050萬 80060080萬 1024768 130萬 1280960 200萬 16001200 310萬 20481536 430萬 24001800 500萬 25601920 600萬 30002000 800萬 32642488 1100萬 40802720 1400萬 45363024相機所說的像素，其實是最大像素的意思，像素是分辨率的單位，這個像素值僅僅是相

9、機所支持的有效最大分辨率。2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司1010 機器視覺機器視覺- -工業相機基礎知識工業相機基礎知識工業相機的幀率工業相機的幀率幀率（Frame rate）是用于測量顯示幀數的量度。所謂的測量單位為每秒顯示幀數(Frames per Second)，簡稱：FPS或“赫茲”（Hz）。 視頻是由一張張連續的圖片組成的，每幅圖片就是一幀。一秒鐘高于24幀則人眼視覺效果是動態的。目前影片每秒24幀，普通電視每秒25幀，DV則一般達到30幀、60幀30幀/秒就是指，拍攝的圖像是每秒由30張圖象組成的連續畫面。幀率，就是每秒輸出多少

10、幅圖像，常用fps表示，即frame per second。但是也有很多人用頻率的方式來表示幀率，即單位Hz，通常30Hz就是30fps的意思。 MHz一般是指單像素輸出的速度，因為幀率一般都是幾十的量級，一般上百都算是高速相機了，用頻率方式說，一是幾十Hz，或者幾百Hz， 單像素的輸出速度越快，幀率也就越快，單像素輸出速度，一般都是以Mhz表示，1MHz，就是說，每秒鐘輸出1024*1024個像素2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司1111最大幀率(Frame Rate)/行頻(Line Rate)：即相機采集傳輸圖像的速率，對于面陣相機一般為

11、每秒采集的幀數(Frames/Sec.)，對于線陣相機為每秒采集的行數(Hz)指面陣攝像機每秒鐘能夠采集并輸出的最大幀數。限制最大幀率的因素有：曝光時間、數據讀出時間（圖像數據從傳感器傳送到攝像機內部FIFO或存儲器的時間）、數據傳輸時間（圖像數據從攝像機內部FIFO或存儲器到PC的時間）、像素深度和信號輸出格式。手冊上通常列出的是在最大分辨率下的幀率。如果采用部分掃描或binning技術，會提高攝像機的輸出幀率。當然，前者縮小了采集視場，后者降低了分辨率。根據要檢測的速度，選擇相機的幀率一定要大于或等于檢測速度，等于的情況就是你處理圖像的時間一定要快，一定要在相機的曝光和傳輸的時間內完成。2

12、022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司1212機器視覺機器視覺- -工業相機基礎知識工業相機基礎知識 工業相機傳感器尺寸大?。海▎挝唬簃m）1：(12.8mm9.6mm)； 2/3：(8.8mm6.6mm)；1/2：(6.4mm4.8mm); 1/3：(4.8mm3.6mm)；1/4：(3.2mm2.4mm)； 工業相機傳感器尺寸圖2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司1313 機器視覺機器視覺- -工業相機基礎知識工業相機基礎知識工業相機原件尺寸對應表工業相機原件尺寸對應表2022-4-252022-4

13、-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司1414 機器視覺機器視覺- -工業相機基礎知識工業相機基礎知識工業相機的選擇工業相機的選擇工業相機一般安裝在機器流水線上代替人眼來做測量和判斷，通過數字圖像攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統，圖像系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據判別的結果來控制現場的設備動作。1、通常您首先需要知道系統精度要求和相機分辨率，可以通過公式：X方向系統精度(X方向像素值)=視野范圍(X方向)/CCD芯片像素數量( X方向)Y方向系統精度(Y方向像素值)=視野范圍(Y方向)/CCD 芯片像素數量( Y方向)2、當然理論像素值的得

14、出，要由系統精度及亞像素方法綜合考慮；接著您要知道系統速度要求與相機成像速度：2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司1515系統單次運行速度=系統成像(包括傳輸)速度+系統檢測速度雖然系統成像(包括傳輸)速度可以根據相機異步觸發功能、快門速度等進行理論計算，最好的方法還是通過軟件進行實際測試。3、再接著您要將相機與圖像采集卡一并考慮，因為這涉及到兩者的匹配：視頻信號的匹配：對于黑白模擬信號相機來說有兩種格式，CCIR和RS170(EIA)，通常采集卡都同時支持這兩種相機；分辨率的匹配：每款板卡都只支持某一分辨率范圍內的相機；特殊功能的匹配：如要是用

15、相機的特殊功能，先確定所用板卡是否支持此功能，比如，要多部相機同時拍照，這個采集卡就必須支持多通道，如果相機是逐行掃描的，那么采集卡就必須支持逐行掃描。接口的匹配：確定相機與板卡的接口是否相匹配。如CameraLink、GIGE、CoxPress、USB3.0等。4、在滿足您對檢測的必要需求后，最后才應該是價格的比較。2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司1616舉例說明：如我們的檢測任務是尺寸測量，產品大小是18mm*10mm，精度要求是0.01mm，流水線作業，檢測速度是10件/秒，現場環境是普通工業環境，不考慮干擾問題。首先我們知道是流水線作

16、業，速度比較快，因此選用逐行掃描相機；視野大小我們可以設定為20mm*12mm（考慮每次機械定位的誤差，將視野比物體適當放大），假如我們能夠取到很好的圖像（比如可以打背光），而且我們軟件的測量精度可以考慮1/2亞像素精度，那么我們需要的相機分辨率就是20/（0.01/2）=4000pixcel（像素），另一方向是12/（0.01/2）=2400pixcel，也就是說我們相機的分辨率至少需要1000*600pixcel，幀率在10幀/秒，因此選擇4000*2400像素，幀率在10幀/秒以上的即可。2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司1717Navi

17、tar zoom6000連續變倍鏡頭定倍遠心鏡頭Navitar zoom6000連續變倍鏡頭組件定焦鏡頭2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司1818 機器視覺機器視覺- -工業鏡頭基礎知識工業鏡頭基礎知識工業鏡頭的接口工業鏡頭的接口C型： C型接口鏡頭與攝像機接觸面至鏡頭焦平面（攝像機CCD光電感應器應處的位置）的距離為17.5mmCS型： CS型接口此距離為12.5mm. CS型鏡頭與CS型攝像機可以配合使用。C型鏡頭與CS型攝像機之間增加一個 5mm的C/CS轉接環可以配合使用。CS型鏡頭與C型攝像機無法配合使用。F型：通用型接口，一般適用于

18、焦距大于25mm的鏡頭C型口與型口與CS型口區別型口區別 接圈2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司1919視場(Field of view, 即FOV，也叫視野范圍) ：指觀測物體的可視范圍，也就是充滿相機采集芯片的物體部分。（視場范圍是選型中必須要了解的）工作距離(Working Distance,即WD):指從鏡頭前部到受檢驗物體的距離。即清晰成像的表面距離（選型必須要了解的問題，工作距離是否可調？包括是否有安裝空間等）分辨率：圖像系統可以測到的受檢驗物體上的最小可分辨特征尺寸。在多數情況下，視野越小，分辨率越好。景深 (Depth of v

19、iew，即DOF)：物體離最佳焦點較近或較遠時，鏡頭保持所需分辨率的能力（需要了解客戶對景深是否有特殊要求？） 機器視覺機器視覺- -工業鏡頭基礎知識工業鏡頭基礎知識工業鏡頭的基本參數工業鏡頭的基本參數2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司2020焦距（f）焦距，是光學系統中衡量光的聚集或發散的度量方式，指從透鏡的光心到光聚集之焦點的距離。亦是照相機中，從鏡片中心到底片或CCD等成像平面的距離。焦距大小的影響情況： 焦距越小，景深越大； 焦距越小，畸變越大； 焦距越小，漸暈 現象越嚴重，使像差邊緣的照度降低；2022-4-252022-4-25江蘇

20、光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司2121 失真（失真（distortiondistortion）：（）：（衡量鏡頭性能的指標之一） 又稱畸變，指被攝物平面內的主軸外直線，經光學系統成像后變為曲線，則此光學系統的成像誤差稱為畸變?；兿癫钪挥绊懹跋竦膸缀涡螤?，而不影響影像的清晰度。光圈與光圈與F F值值 光圈是一個用來控制鏡頭通光量裝置，它通常是在鏡頭內。表達光圈大小我們是用F值，如f1。4，f2，f2。2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司2222光圈值光圈值：是指暗室窗口的大小，光圈值越低，窗口越大，則透進的光越多，使得曝光量增加，反

21、之亦然光圈值：是指暗室窗口的大小，光圈值越低，窗口越大，則透進的光越多，使得曝光量增加，反之亦然。2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司2323光圈大小的影響情況：光圈大小的影響情況： 光圈越大，圖像亮度越高；景深越小；分辨率越高；像場中央與邊緣：像場中央與邊緣：一般像場中心較邊緣分辨率高；像場中心較邊緣光場照度高光波長度的影響：光波長度的影響：在相同的工業相機及鏡頭參數條件下，照明光源的光波波長越短，得到的圖像的分辨力越高。所以在需要精密尺寸及位置測量的視覺系統中，盡量采用短波長的單色光作為照明光源，對提高系統精度有很大的作用。2022-4-25

22、2022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司2424用于計算主要縮放比例的公式如下：用于計算主要縮放比例的公式如下：PMAG = CCD Size / FOV圖圖 2: 主要縮放比例、感光芯片尺寸和視場的關系示意圖主要縮放比例、感光芯片尺寸和視場的關系示意圖光學放大倍數光學放大倍數2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司25252022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司2626顯示放大倍數顯示放大倍數顯示放大倍率在顯微中應用非常廣泛，被測物體的顯示放大倍率取決于三個因素：鏡頭光學倍率、工

23、業相機感光芯片的尺寸（靶面大?。@示器尺寸。顯示放大倍率=鏡頭光學倍率顯示器尺寸25.4/耙面對角線尺寸2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司2727主要參數有焦距f f 光圈數F F和視場2 2. 經驗公式：1/1/F F * *tantanf=Cf=CF F型接口類型攝像鏡頭焦距表型接口類型攝像鏡頭焦距表（mmmm）C,CSC,CS型接口類型攝像鏡頭焦距表型接口類型攝像鏡頭焦距表( (mm)mm)類型魚眼型超廣角型廣角型標準型焦距7.5,1517,2024,28,3550類型1/31/3 ,1/2 2/3 ,1 焦距2.8-3.53.5-68

24、-75機器視覺機器視覺- -工業鏡頭基礎知識工業鏡頭基礎知識工業鏡頭的主要類別工業鏡頭的主要類別常用攝像鏡頭參數常用攝像鏡頭參數2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司2828 在攝像鏡頭前端擰上一個近攝透鏡，可以攝取到更近距離目標的像。采用近攝鏡后，目標像的畸變增大了，為此，近攝透鏡的屈光率不能太大，使原工作距離的縮短量一般不超過20。機器視覺機器視覺- -工業鏡頭基礎知識工業鏡頭基礎知識工業鏡頭的主要類別工業鏡頭的主要類別近攝鏡頭參數近攝鏡頭參數2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司2929機器視覺機

25、器視覺- -工業鏡頭基礎知識工業鏡頭基礎知識工業鏡頭的主要類別工業鏡頭的主要類別遠攝鏡頭鏡參數遠攝鏡頭鏡參數與近攝鏡頭相反，為了對遠距離目標攝取到清晰圖像，要采用遠攝鏡頭。這種鏡頭是一長焦距鏡頭。遠攝鏡頭可以是折射系統、反射系統或折反射系統。反射式遠攝鏡頭常采用卡塞格林式遠攝鏡頭.折反式遠攝鏡頭由于采用前部校正透鏡，其成像質量更加良好.2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司3030遠心鏡頭特性遠心鏡頭特性 物方遠心鏡頭可以消除透視畸變，像方遠心鏡頭可以獲得更好的像面照度的均勻性。2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通

26、信科技有限公司3131物方遠心鏡頭物方遠心鏡頭物方遠心鏡頭采用平行光路設計，將孔徑光闌放置在光學系統的像方焦平面上?？梢韵敢暬?常用于工業精密測量，畸變極小。機器視覺機器視覺- -工業鏡頭基礎知識工業鏡頭基礎知識工業鏡頭的主要類別工業鏡頭的主要類別2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司3232像方遠心鏡頭像方遠心鏡頭像方遠心鏡頭是將孔徑光闌放置在光學系統的物 方焦平面上，而像方的主光線平行于光軸?？梢垣@得更好的像面照度的均勻性,圖像不會出現陰影，常用于醫學圖像處理。機器視覺機器視覺- -工業鏡頭基礎知識工業鏡頭基礎知識工業鏡頭的主要類別工業鏡

27、頭的主要類別2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司33331、視野范圍、光學放大倍數及期望的工作距離：在選擇鏡頭時，我們會、視野范圍、光學放大倍數及期望的工作距離：在選擇鏡頭時，我們會選擇比被測物體視野稍大一點的鏡頭，以有利于運動控制。選擇比被測物體視野稍大一點的鏡頭，以有利于運動控制。2、景深要求：對于對景深有要求的項目，盡可能使用小的光圈；在選擇、景深要求：對于對景深有要求的項目，盡可能使用小的光圈；在選擇放大倍率的鏡頭時，在項目許可下盡可能選用低倍率鏡頭。如果項目要求放大倍率的鏡頭時，在項目許可下盡可能選用低倍率鏡頭。如果項目要求比較苛刻時，

28、傾向選擇高景深的尖端鏡頭。比較苛刻時，傾向選擇高景深的尖端鏡頭。3、芯片大小和相機接口、芯片大小和相機接口 ：例如：例如2/3”鏡頭支持最大的工業相機耙面為鏡頭支持最大的工業相機耙面為2/3”,它是不能支持它是不能支持1英寸以上的工業相機。英寸以上的工業相機。4、注意與光源的配合，選配合適的鏡頭、注意與光源的配合，選配合適的鏡頭 。5、可安裝空間：在方案可選擇情況下，讓客戶更改設備尺寸是不現實的、可安裝空間：在方案可選擇情況下，讓客戶更改設備尺寸是不現實的。對鏡頭的選擇，我們首先必須先確定客戶需求：對鏡頭的選擇，我們首先必須先確定客戶需求：機器視覺機器視覺- -工業鏡頭基礎知識工業鏡頭基礎知識

29、工業鏡頭的選擇要點工業鏡頭的選擇要點2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司34341公式計算法：視場和焦距的計算 視場系指被攝取物體的大小，視場的大小是以鏡頭至被攝取物體距離，鏡頭焦頭及所要求的成像大小確定的。 1、鏡頭的焦距，視場大小及鏡頭到被攝取物體的距離的計算如下； f=wL/W 2、f=hL/h f；鏡頭焦距 w：圖象的寬度（被攝物體在ccd靶面上成象寬度） W：被攝物體寬度 L：被攝物體至鏡頭的距離 h：圖象高度（被攝物體在ccd靶面上成像高度）視場（攝取場景）高度 H：被攝物體的高度 ccd靶面規格尺寸：單位mm 規格 W H 1/3

30、4.83.6 1/2 6.44.8 2/3 8.86.6 1 12.79.6 由于攝像機畫面寬度和高度與電視接收機畫面寬度和高度一樣，其比例均為4:3,當L不變，H或W增大時，f變小，當H或W不變，L增大時，f增大。 機器視覺機器視覺- -工業鏡頭基礎知識工業鏡頭基礎知識工業鏡頭的焦距計算工業鏡頭的焦距計算2022-4-252022-4-25江蘇光導通信科技有限公司江蘇光導通信科技有限公司3535齒輪項目該項目的基本要求是：檢測齒輪滾軸的安裝質量（缺失）和滾軸的直徑公差200微米。在線檢測速度為2個/秒。相機的選擇： 客戶需求200um，根據精度 = FOV / Resolution，測量齒輪實際大小 為48mm，加上邊緣寬度，以60mm作為FOV(H)，以此數據算的相機Resolution=FOV(H)/精度=60/0.2=300, 故選擇640*480分辨率,曝光時間至少1/2 S的工業相機。鏡頭的選擇 由于這個項目上對檢測環境沒有特殊要求，人為設定WD=200m