工业相机选型和镜头焦距计算

Posted 2022-12-13 yaked19

 已知：目标长宽15 x 15mm，要求0.008mm 的精度

幅宽按1.5倍，即1.5*15 = 22.5mm

(1). 相机像素=幅宽/检测精度=22.5mm/0.008mm= 2812.5 pixel，相机分辨率为2812.5 x 2812.5 = 791万像素，考虑检测稳定性，按4个像素对应一个检测精度（边缘像素4，实际对长边和短边各放大2倍）。实际相机分辨率为

791x4 = 3164万像素

常见像素：30万、130万、200万、300万、500万、900万、1200万、1400万、1600万、2000万、2500万、2900万、3100万、4700万、7100万等

综上，3100万像素相机，这里考虑海康的MV-CH310-10GM 相机

卷帘快门（Rolling Shutter）——拍摄静态物体

     多数CMOS图像传感器上使用的快门，其特征是逐行曝光，每一行的曝光时间不一致。

全局快门（Global Shutter）——拍摄运动物体

     CCD传感器和极少数CMOS传感器采用的快门，传感器上所有像素同时刻曝光。

 （2）镜头焦距计算

假设工作距离60mm

系统放大倍率 = 芯片短边/视野短边 = 16.7/22.5 = 0.7422

系统的分辨精度 = 像元尺寸/放大倍率 = 3.45/0.7422 = 4.648微米 < 8微米（客户需求），满足要求

黄色的为表中查得的参数，绿色的为项目需求的视野大小。

镜头焦距为：f = 工作距离/(1+1/放大倍率) = 60/(1+1/0.7422) = 25.56 毫米

 参考：

勇哥的视觉实验：工业相机镜头焦距、工作距离、视野等选型的计算-视觉实验-少有人走的路 (skcircle.com) 文中提到的那个小程序，源代码里焦距计算公式不太一样，是用的第二种

第二种图片来源：

相机靶面尺寸详解+工业相机选型_Cche的博客-CSDN博客_相机靶面

========== 海康威视 论坛示例 =========

镜头综合选型案例

待测物体大小16.0mm ×13.8mm，检测物距要求≤160mm，特征尺寸0.02mm×0.02mm，客户端算法要求被测特征需要在成像中占用2个像素以上，以便检出效率;

（1） 相机分辨率  

• 每个特征占用单个像素的情况下，分辨率最小为(16/0.02)×(13.8/0.02)=800×690     

  为保证系统稳定性，特征尺寸按照3个像素评估，相机分辨率需要2400×2070=496.8万像素 （注意这里长边和短边都x3，而之前是在总的像素数上乘以边缘像素）

• 选用500万像素相机MV-CA050-10GM，分辨率2448×2048，像元大小3.45μm，

• 传感器尺寸8.45mm ×7.07mm， 对角线长度11.02mm（2/3”）

  （2） FA镜头选型

  根据水平视野和探测器水平尺寸计算系统放大倍率需求为

  

  根据垂直视野和探测器垂直尺寸计算系统放大倍率需求为

  

  为了使系统能够在水平方向和垂直方向都能够获得足够的视野，将系统的放大倍率定为

  

  由于系统的放大倍率较大（相较于0.1×），使用1.4节选型方法有较大的误差，直接使用高斯公式计算焦距。将工作距离定为150mm， 物距l近似为工作距离

  联立公式4-1和公式4-2，可以计算所需镜头焦距需求为

  

  将镜头焦距定为标准焦距50mm，又考虑到相机靶面为2/3”（镜头支持靶面应大于或者等于相机靶面），可以选用型号为MVL-MF5028M-8MP。

  MVL-MF5028M-8MP在无延长环状态下，最近工作距离为400mm，为了使该款镜头能够在150mm工作距离下工作，需要加一定长度的延长环。延长环长度计算方法在本章第二小节中有详细介绍。计算得出，当MVL-MF5028M-8MP加上20mm的延长环后，镜头可以在150mm工作距离下工作。

  注意：上述方案的前提是镜头的极限分辨率要小于3.45μm，才能成立。

  （3）远心镜头选型

  根据传感器尺寸2/3”，放大倍率需求为0.51×，工作距离小于160mm。可选择使用远心镜头MVL-MBT-0.5-65，该款镜头工作距离为65mm，固定放大倍率为0.5×，像方分辨率为160lp/mm，镜头极限分辨率为1000/(2*160)=3.125μm，可支持MV-CA050-10GM的使用。

  （4）其他因素

  选型镜头时，除了要考虑系统的工作距离、放大倍率和镜头的焦距等因素，还要综合考虑其他因素，如

• a.镜头光圈要求（飞拍场景，对相机帧率和曝光有严格要求）

• b.镜头相对照度

• c.工作波长范围（是否有单色光补光，需要屏蔽环境光干扰

• d.工作温度/湿度范围（特殊场景）

• e.环境震动（机械臂辅助场景）

• f.镜头是否需要防水

• g.镜头的尺寸限制

原文链接：V社区-机器视觉技术交流社区-轻松学会镜头选型 (v-club.com)

================ 绘制选型统计表 ====================

 

=============================

来自书籍《工业机器视觉技术及应用》 

 

小结：

       这里计算的边缘像素比如说是3，其实实际意义是长宽整体的贡献度是3。边缘像素数4，长边和短边像素只是分别放大了2倍而已。

其他参考：

工业相机、镜头、选型计算方式_iflyme的博客-CSDN博客_相机选型精度计算方法

镜头焦距在线选型工具：

海康机器人-机器视觉产品页 (hikrobotics.com)

Basler视觉系统选型工具 - 视觉系统配置器，镜头选型助手等 | Basler (baslerweb.com)

深圳皕像-工业相机选型器 (pixoel.com)

东莞乐视：倍率公式计算 (lotsmv.com)