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机器视觉理论一

news 2026/8/5 10:00:58

光源：

1.把目标区域照亮2.抑制特征（噪声、干扰项）3.成像效果更清晰/简洁

相机：

相机是一种将现场的影像转化成数字信号或模拟信号的工具。相机的选型组要关注以下参数：

①分辨率②像素尺寸③帧率④像素深度⑤数字接口

镜头：

镜头是与相机配套使用的一种成像设备，机器视觉项目选型要关注的镜头参数主要包括以下几种：

①接口②最大靶面尺寸 ③物距与焦距④光圈⑤分辨率与成像质量⑥镜头倍率与视场范围

相机的分类

目前业内没有对相机进行明确的分类定义，以下分类是根据相机使用习惯进行的大致分类：
•按芯片工艺：CCD、CMOS
•按传感器类型：线阵相机、面阵相机
•按信号输出方式：模拟相机、数字相机
•按图像模式：彩色相机、黑白相机

工业相机主要参数：

•传感器尺寸
•分辨率
•帧率/行频、像元尺寸
•像素深度、快门速度
•数据接口

传感器尺寸：

工业上，一般常用的传感器尺寸有如下几种，尺寸大小各不相同。在相素不变的情况下,相机传感器尺寸越大,噪点控制能力越强,因为单个感光元件之间的间距越大,相互之间的信号干扰越小。

镜头连接相机的注意事项：
1.镜头的芯片尺寸>=相机的芯片尺寸
2.镜头的接口要和相机的接口兼容
F型（通用型）、C、CS
如果相机选C型，镜头只能选C型
如果相机选CS型，镜头可选CS型、C型（转接环）
3.镜头的分辨率要>=相机的分辨率

•帧率（fps）/行频（hz）
相机采集传输图像的速率，对于面阵相机一般为每秒采集的帧数（Frames/Sec.）；对于线阵相机为每秒采集的行数（Hz）。
•帧：相机每秒最多可以拍摄的照片张数。

像素深度和像元尺寸

像素深度
即每像素数据的位数，对于黑白相机来说，像元深度定义灰度由暗到亮的灰阶数。一般常用的是8Bit，对于数字相机机一般还会有10Bit、12Bit等。
像元尺寸
指相机芯片上每个像元的实际物理尺寸，常见的有3.45um，3.75um，4.4um，4.65um，6.45um，7.4um，9.6um等。
像元尺寸=物理尺寸（微米）/像素数

快门速度

控制曝光时间（单位：毫秒/微秒），一般可到10微秒。
快门的分类：全局快门，卷帘快门。
常用的电子快门有二种工作方式：
globalshutter（帧曝光），动态物体几乎无拖影；
rolling shutter（逐行曝光），动态物体容易有拖影。
帧曝光是传感器阵列中所有像素同时曝光，曝光周期由预先设定的快门时间确定。
在逐行曝光方式下，整个图像曝光需要一定的时间，对于高速运动的物体，会造成图像模糊、变形。

GigE接口

带宽可达到1000Mbps，图像可以无损失实时传输，最远可传输100米。
标准的网络连接器，电缆线成本低。
带宽易于升级，包括：10M,100M,1000M等，在工业机器视觉中被广泛应用。
宽带达不到千兆的原因：
1.网线的接线顺序错误
2.网线是否支持千兆（六类网线）
3.网卡是否支持千兆
4.检查路由器是否支持千兆
5.检查光猫是否支持千兆
6.网线过长、断裂
7.找人修

镜头分类：FA镜头、远心镜头、显微镜头

镜头选型参数：分辨率、放大倍率、光圈、焦距

光圈的单位：F；焦距的单位：mm。

焦距和景深的关系

光圈和景深的关系

焦距与视场角：焦距越小，视场角越大，拍摄距离越近

根据远心镜头分类设计原理分别为：

物方远心镜头：可以消除像方调焦不准引入的测量误差。
像方远心镜头：可以消除物方由于调焦不准确带来的读数误差。
两侧远心镜头（效果最好）：综合了物方/像方远心的双重作用。主要用于视觉测量检测领域。

远心镜头技术优势：

优势一：高分辨率
优势二：真正的远心设计，超宽景深与低畸变（畸变无法消除）
优势三：独特的平行光路设计

工业镜头主要参数：主要参数

1.焦距（FocalLength）
焦距是从镜头的中心点到胶平面上所形成的清晰影像之间的距离。
2.光圈(Iris)
用F表示，以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。
3.对应最大CCD尺寸(Sensor Size)
镜头成像直径可覆盖的最大CCD芯片尺寸。主要有：1/2″、2/3″、1″和1″以上。
4.接口(Mount)
镜头与相机的连接方式。常用的包括C、CS、F、V、T2、LeicaM（德国徕卡）等。
5.景深(Depth of Field,DOF)
景深是指在被摄物体聚焦清楚后，在物体前后一定距离内，其影像仍然清晰的范围。
6.分辨率(Resolution)
分辨率代表镜头记录物体细节的能力，以每毫米里面能够分辨黑白对线的数量为计量单位。
7.工作距离(Workingdistance,WD)
镜头下表面到被测物体表面的距离。
8.视野范围(FieldofView,FOV)
相机实际拍到区域的尺寸。
9.光学放大倍数(Magnification,ß)
CCD/FOV，即芯片尺寸除以视野范围。