视觉系统硬件选型简单概述

Posted 2023-03-28 quintin007

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了视觉系统硬件选型简单概述相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

视觉系统硬件选型简单概述

机器视觉大体流程

照射光照射在目标表面，被目标物反射，反射光经过镜头进入相机，目标物的图像就会聚集在CCD图像单元上，
然后通过A/D转换成数字图像，再进行处理，最后输出结果

相机成像大体流程：

光线，经过镜头照射在感光传感器上（CCD或者CMOS)，产生模拟电流信号，信号经过模数转换器转换成数字信号，然后传递到图像处理器SDP，得到图像，最后图像存储到存储器或者采集卡传入电脑。

相机的芯片分类

相机的芯片类型分类

相机的信号分类

相机的颜色分类：

工业相机术语

分辨率

相机分辨率用于衡量相机对物像中明暗细节的分辨能力。

像元尺寸

1.像元大小和像元数（分辨率）共同决定了摄像机靶面的大小。
2.一般像元尺寸约小，制造难度越大，图像质量也约不容易提高。

芯片尺寸

通常芯片尺寸与分辨率是对应的，如500W相机2.2um像元为1/2.5
3.45um像元为2/3,4.8um像元为1英寸

芯片尺寸=像元尺寸X分辨率

精度

单位像素所代表的实际视野，数值越小精度越高

精度=视野÷分辨率

1200万像素相机（40003000 pix）拍摄视野为8060mm的图片，那么理论精度为多少？
80÷4000=0.02 mm/pix
理论精度为2丝

拖影

一次曝光时间里，物体移动超过一个像素，图像上就会产生拖影，因此可以计算出产生拖影的临界曝光时间。

曝光时间<=精度÷运动速度

需要拍摄理论精度0.1mm/pix，运动速度0.1米/秒的物体，最大曝光时间是多少？
0.1mm÷100mm/s=0.001s=1ms=1000μs

相机的选型

1.分辨率

客户提供其需要的精度与视野大小，那么求取分辨率关系如下：
分辨率（L/W)=视野（L/W)÷精度

假设视野3224mm精度要求0.05mm
那么相机的像素长度=32÷0.05=640 PIX
相当于需要 640480=307200=30W像素的相机

此计算为理论精度，并不代表系统精度。

2.颜色

 通常视觉中我们选择黑白相机，只有需要彩色图像时才会考虑彩色相机，这是因为机器视觉中黑白图像的算法比较多，黑白相机使用光源成像质量要比彩色相机使用复合白光质量要好。

3.传感器类型

   拍摄目标静态，为了节约成本优先考虑cmos相机。运动拍摄（飞拍）则优先考虑CCD相机。

4.传感器尺寸

在分辨率足够的情况下，优先使用尺寸大的像元，但同时需要考虑靶面大小，通常靶面越大，相机和镜头的价格越高。

5.相机镜头接口

   一般相机都是C/CS接口，需要考虑与镜头的对接。如果有其他接口的镜头，需要考虑相机的接口。

6.相机输出接口

同等价位像素条件下优先选择实际输出速度快的接口类型。

如CameraLink>USB3.0>GigE>1394>USB2.0 。

相机接口

工业镜头术语

焦距

镜头焦距是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式，指从透镜中心到光聚集之焦点的距离。
镜头焦距的大小决定着视场角的大小，拍摄得工作距离，成像视野大小和景深大小。
常用的焦距有8.12.16.25.35.50等

光圈

一个用来控制光线透过镜头，进入相机感光面的装置。相对孔径一般刻在镜头上如1:2.8和1:4等。

分辨率

分辨率是代表镜头记录物体细节的能力，常以每毫米里面能分别黑白线对数量为计量单位：线对/毫米（lp/mm）

放大倍率

     放大倍率定义为图像的大小与物体大小之比，在一个视场，成像大小铺满整个芯片，即：
                         放大倍率=芯片尺寸÷视野=像元尺寸÷精度

最小工作距离

镜头能够对焦清晰的最小工作距离。

景深

在对焦清晰的平面前后，存在一段仍然能够清晰成像的距离，称谓景深。通俗讲再聚焦完成后，在焦点前后范围内都能能够形成清晰的图像，这一前一后的距离范围叫景深。

畸变

镜头在成像时，特别是用焦距短的镜头拍摄大视场，图像会产生变形，这种情况叫做镜头的畸变。拍摄场景越大，所用镜头焦距约短，畸变程度越明显。

焦距计算：

  CCTV镜头焦距：   焦距f=WD×(芯片尺寸长边÷FOV长边）
   
   注意：当视野长宽比<芯片的长宽比时，需要用短边计算

远心镜头：

     放大倍率=芯片尺寸长边÷FOV长边

       注意：当视野长宽比<芯片的长宽比时，需要用短边计算

相机间参数相互影响的关系

1.焦距大小的影响情况

         焦距越小，景深越大；
         焦距越小，畸变越大；
         焦距越小，渐晕现象越严重，使像差边缘照度降低。

2.像场中央与边缘

         一般像场中心较边缘分辨率高；
         一般像场中心较边缘光场照度高。

3.光圈大小的影响情况

         光圈越大，图像亮度越高；
         光圈越大，景深约小；
         光圈越大，分辨率越高；
         光圈越大，渐晕现象越严重，光场照度越不均匀。

4.光源波长的影响

         在相同相机镜头参数条件下，光源波长越短，得到的图像分辨能力越高。    	所以需要精密尺寸及位置测量的视觉系统中，尽量采用短波的单色光作	为照明光源，可以提高系统精度。

工业相机的选择要点

1.视野范围、光学放大倍数及期望的工作距离：在选择镜头时，我们会选择比被测物体视野稍大一点的镜头，有利于运动控制。

2.景深要求：对于对景深有要求的项目，尽可能使用小光圈；在选择放大倍率的镜头时，在项目许可下尽可能选用低倍率镜头；如果项目要求比较苛刻时，倾向选择高景深的尖端镜头。

3.芯片大小和相机接口：例如2/3镜头支持最大的工业相机耙面为2/3，它是不能支持1英寸以上的工业相机。

4.注意与光源的配合，选配合适的镜头。

5.可安装空间：在方案可选择情况下，让客户更改设备尺寸是不现实的。

[架构之路-17]：目标系统 - 硬件平台 - ARM CPU架构与系列选型

第1章 ARM概述

1.1 ARM的过去

1.2 ARM内核架构版本与ARM CPU家族的对应关系

2.2 ARM CPU内部互联总线AMBA

第1章 ARM概述

1.1 ARM的过去

1978年12月5日，物理学家赫尔曼·豪泽（Hermann Hauser）和工程师Chris Curry，在英国剑桥创办了CPU公司（Cambridge Processing Unit），主要业务是为当地市场供应电子设备。1979年，CPU公司改名为Acorn计算机公司。

80年代中期，Acorn的一个小团队要为他们的下一代计算机挑选合适的处理器，根据他们提供的技术需求，在当时的市场上无法找到合适的处理器，于是 Acorn决定自己设计一个处理器（真有魄力）。一个小团队仅仅用了18个月就完成了从设计到实现的全过程，这是一台RISC指令集的计算机，叫做 Acorn RISC Machine（简称ARM）。后来Acorn计算机公司没落了，而CPU处理器设计部门被分了出来，组成了一家新公司, 即ARM公司。

英国ARM公司是全球领先的半导体知识产权（IP）提供商。全世界超过95%的智能手机和平板电脑都采用ARM架构 [1] 。ARM设计了大量高性价比、耗能低的RISC 处理器、相关技术及软件。2014年基于ARM技术的全年全球出货量是120亿颗，从诞生到现在为止基于ARM技术的芯片有600亿颗 [2] 。技术具有性能高、成本低和能耗省的特点。在智能机、平板电脑、嵌入控制、多媒体数字等处理器领域拥有主导地位。

1.2 ARM内核架构版本与ARM CPU家族的对应关系

ARM内核架构版本：V4~V7, 反应的指令集

ARM CPU家族：反应的是CPU芯片的型号。

1.3 ARM CPU家族系列

ARM 架构是构建每个 ARM 处理器的基础。随着时间的推移不断发展，ARM 架构自身也在不断的演进和发展。

Cortex就是ARM公司一个系列处理器的名称。比如英特尔旗下处理器有酷睿，奔腾，赛扬。

ARM在最初的处理器型号都用数字命名，ARM 处理器的命名为 ARM+version，从第一代的 ARM1 到后来的 ARM11。随着市场的逐渐铺开，才分化出了 cortex-A、cortex-R、cortex-M 三个系列的命名方式，后续的处理器都就不再采用 ARM+version 的命名方式。

在应用ARMv7架构后，推出了Cortex这一系列，老式的则命名为Classic系列。

1.4 ARM cortex系列

ARM处理器分为 A、R、M 三个系列，分别代表三种不同的应用领域：

cortex-A 系列，指的是 Application，主要是高性能的处理器。相比于其它两种处理器，特点是增加了内存管理单元 MMU，对于运行大型的Linux这样的应用操作系，MMU是必不可少的元件。

cortex-R 系列，指的是 Real-time，主要是实时性的特点。一个常见的认知误区是：实时性就是处理快，实时性是指只对外事件的响应快，而不是CPU处理能力块。但是事实上，实时性代表的是处理时间上的确定性和低延迟，即一个操作可以在指定的短时间内完成，MMU 引入的地址转换通常不能满足其实时性的要求，所以 R 系列处理器并不挂载 MMU。

cortex-M 系列，指的是 Microcontroller，即微处理器，主打中低端市场。真实应用场景中，更多的是大型中控搭配小型嵌入式控制系统，小型嵌入式节点通常是海量的，比如智能家居、物联网等等，这一种系统的特点在于低功耗、低成本，相当的高性能，在中低端市场，性价比通常是一个主要的衡量因素。cortex-主要应用在单片机市场，如STM32。