第一章 相机
1.1 理论基础
1.1.1 相机分类
1 ）按照芯片类型： CCD 相机、 CMOS 相机
2 ）按照传感器的结构特性：线阵相机、面阵相机
3 ）按照扫描方式：隔行扫描相机、逐行扫描相机
4 ）按照分辨率大小：普通分辨率相机、高分辨率相机
5 ）按照输出信号方式：模拟相机、数字相机
6 ）按照输出色彩：单色（黑白）相机、彩色相机
7 ）按照相机功能：二维相机、三维相机
1.1.2 相机主要参数
1. 分辨率：相机能够捕捉到的细节，用像素（相机成像的最小单元）来衡量。
一般 W*N 的形式来表示， W 为图像水平方向每一行的像素数， N 为垂直方向每
一列的像素数。
2. 像素尺寸：每个像素的实际大小，单位为 1mm 。在分辨率一样的情况下，
像素尺寸越小，得到的图像越大。
3. 帧率：是指相机每秒采集图像的能力，单位 FPS （帧 / 秒）。
当被测物体有速度（运动拍摄、多数量拍摄时）要求时，要选择帧数较多的
工业相机，一般来说分辨率越高，帧数越低。
4. 接口：相机的接口是用来输出相机数据的，有 GigE 、 USB2.0/3.0 等。
1.2 如何选择相机
根据检测要求精度和视野大小，反推出相机的像素精度。计算出满足要求的
相机分辨率：
相机单边分辨率 = 视野单边 / 精度
例如：已知条件： 1. 被测物体大小 10mmx7mm; 2. 检测精度： 0.01mm; 3. 视野
范围： 12mmx9mm
相机最小分辨率 = （ 12/0.01 ） * （ 9/0.01 ） = 1200*900≈108 万像素
因此可以选用 130 万像素相机（ 1280*960 ）；为减小边缘提取时的像素偏移
带来的误差，提高系统的精确度和稳定性，实际使用中一般用 2-3 个像素对应一
个最小的缺陷和特征，那么相机分辨率等于 108*3≈324 万。
最终选型： 320 万像素相机（ 2048*1536 ） .
第二章 镜头
2.1 理论基础
2.1.1 镜头分类（三类）
1 ）定焦镜头：定焦镜头按等效焦距（ = 实际焦距× 43mm/ 镜头成像圆的直径） 可分为：鱼眼镜头、超广角镜头、广角镜头、标准镜头、长焦镜头、超长焦镜头
2 ）变焦镜头
3 ）特殊镜头：微距镜头、显微镜头、远心镜头 、红外线镜头、紫外线镜头
上述所说的远心镜头纠正了传统镜头的误差，可以在一定的距离内，使所成的像的尺寸不会因为距离的变化而改变。简单讲就是不会因为工作距离的远近而 在投影端产生大小变化的镜头。
2.1.2 镜头主要参数
1. 视野（ FOV ）：或者叫视场角，图像采集设备所能够覆盖的范围。拍摄对象和镜头的工作距离越长，则视野越广。
2. 工作距离（ WD ）：也称为物距，一般指镜头前端到被测物体的距离，小于最小工作距离系统一般不能清晰成像。
3. 焦距：相机到焦点的距离。分为固定的和可变的两种，如果物距很大，选择焦距比较长的镜头，这样拍的清晰，但是视野范围会变小。
4. 景深：以镜头最佳聚焦时的 WD 为中心，前后存在一个范围，在此范围内镜头都可以清晰成像。简单理解就是物体放置固定高度，相机上下移动清晰成像距离区间。
5. 相对孔径：是指该镜头的入射光孔直径（用 D 表示）与焦距（用 f 表示）之比，即 D/f
6. 最大相对孔径：它往往标示在镜头上，如 1:1.2 或 f/1.2
7. 光圈系数（ F ）：相对孔径的倒数称为光圈系数，用Ｆ表示。 F 值越小，光圈越大，图像越亮，景深越小，分辨率越高
8. 分辨率：指在像面处镜头在单位毫米内能够分辨的黑白相间的条纹对数。分辨率应该不小于相机的分辨率。分辨率越高，成像越清晰。分辨率为 1/2d ， d 为线宽。单位是”线对 / 毫（ lp/mm ）
9. 放大倍率：检测对象的实际大小与芯片成像大小的比率。 CCD 有效像素大小÷视野= 倍率。当两者相等时，倍率等于 1 ；当视野小于 CCD 有效像素大小时，代表放大多少倍。光学放大倍率 = 相机芯片长度 / 视野长边 = 焦距 f / 工作距离 WD
10. 接口：镜头与相机的机械连接方式。镜头的接口应与相机的物理接口相匹配。分为 C 口、 F 口、 CS 等接口。
11. 最大靶面尺寸（芯片尺寸）：镜头使用的芯片尺寸应与相机的传感器靶面尺寸相匹配，简单才说，就是镜头投射的图像面积应不小于相机的芯片尺寸，这样通过镜头捕捉到的图像就能够刚好覆盖相机传感器的区域。
12. 畸变：被摄物平面内的主轴外直线，经光学系统成像后变为曲线，则此光学系统的成像误差称为畸变，分为桶形畸变和枕形畸变。短焦距镜头一般表现为桶形失真，长焦距镜头一般表现为枕形失真。
2.2 如何选择镜头
2.2.1 步骤
1 ）确定相机连接镜头的接口类型。 C 口 /F 口等。
2 ）确定镜头的最大靶面尺寸与相机相匹配。
3 ）确定焦距。首先，确定测量工作距离和目标物体的大小，得到图像的宽或高；确定相机的安装位置，从相机的拍摄角度推测视角，最后根据二者的几何关系计算相机的焦距。
2.2.2 网址直接选型
1 ）网址 1
第一步：在 https://www.coolens.cn/support.html 网址中，输入相机类型。
第二步：输入视野边长和工作距离。网址会输入内容得到所需的镜头。
2 ）网址 2
第一步：通过下面的网址输入对应的相机型号和相机系列。
https://www.hikrobotics.com/cn/machinevision/visionproduct?typeId=40&id=24
7&pageNumber=1&pageSize=20&showEol=false
第二步：输入工作条件，则可以得到结果。
第三章 案例分析
工业相机镜头焦距、工作距离、视野等选型的计算 :
https://blog.csdn.net/weixin_45303602/article/details/141068422
3.1 计算相机分辨率
根据系统对图像精度的要求来选择相机的分辨率
已知条件： 1. 被测物体大小 10mmx7mm; 2. 检测精度： 0.01mm; 3. 视野范围：
12mmx9mm
计算过程：
相机最小分辨率 = （ 12/0.01 ） * （ 9/0.01 ） = 1200*900 ≈ 108 万像素
因此可以选用 130 万像素相机（ 1280*960 ）；为减小边缘提取时的像素偏移带来的误差，提高系统的精确度和稳定性，实际使用中一般用 2-3 个像素对应个最小的缺陷和特征，那么相机分辨率等于 108*3 ≈ 324 万。
最终选型： 320 万像素相机（ 2048*1536 ） .
3.2 计算镜头焦距
计算过程：
1 ） Sensor 长宽尺寸 = (Sensor 长度或高度 * 像元尺寸 )/1000 可计算出：
Sensor 长度 = 2448*3.45/1000 = 8.4456mm
Sensor 高度 = 2048*3.45/1000 = 7.0656mm
2 ）光学放大倍率（β） = (Sensor 长度（ h ） )/( 视野长度（ H ） )=8.4456/12 ≈
0.7038
3 ）焦距（ f ） = 物距（ D ） * 光学放大倍率（β） = 75*0.7038 =52.785mm ，
因此可以选择 50mm 焦距镜头
4 ）实际光学放大倍率 = 焦距（ f ） / 物距（ D ） =50/75 ≈ 0.667
视野长度 = (Sensor 长度（ h ） )/ 实际光学放大倍率 = 8.4456/0.667 ≈ 12.662mm
视野高度 = (Sensor 高度（ v ） )/ 实际光学放大倍率 =7.0656/0.667 ≈ 10.593mm
5 ）单像素精度 = ( 视野长度（ H ） )/Sensor 长方向有效像素个数 =12.662/2448
≈ 0.0052mm
6 ）结论：选用 50mm 镜头，搭配 500 万像素相机，可以达到 12.662mm x
10.593mm 的视野，单像素精度 5.2µm
3.3 计算相机视野范围和镜头视场角
计算过程：
1 ） Sensor 长度高度：
h = 2448 * 3.45µm =8.4456mm, v = 2048 *3.45µm = 7.0656mm
2 ）利用 (Sensor 长度（ h ）或高度（ v ） )/ 视野范围 FOV= 焦距 f/( 物距 D) 可计算出相机视野范围是：X = 8.4456 * 1000/50 = 168.91mm, Y = 7.0656 * 1000/50 =141.31 mm
3 ）计算相机视场角：
2 θ = 2 * arctan(h 或 v/2/f) 2θ x = 2 *arctan(8.4456/2/50) =10 ° , 2 θ y = 2 * arctan(7.0656/2/50) = 8 °
工作距离较近时，计算结果与实测结果会有一定的差异，计算数据仅供参考， 需要以实测为主。