视觉检测平台参数选取

一、相机选择

1.黑白or彩色：

同样分辨率的黑白的精度高，尤其是边缘检测。且灰度信息可以直接处理。

2.面阵or线阵：

线阵相机主要用于检测精度要求很高，运动速度很快的场景。面阵相机可以直接获取二维图像信息，测量图像直观。

面阵相机的分辨率是640*480是指相机横向有640个像元，纵向有480个像元；线阵相机分辨率只体现在横向，比如2048像素的线阵相机就是说横向有2048个像元，纵向大多数为1。

3.相机芯片CMOS和CCD:

CCD:将图像转换为电信号的半导体元器件，呈棋盘式排列的小像素组成。根据光的强度产生相应的电荷，电荷的大小读取为电信号，获得每个像素的光的强度。

o 灵敏度：CCD灵敏度好。

o 耗电量：CMOS耗电量小。

o 成本：CMOS成本低。

o 噪声：CCD噪声少。

o 分辨率：CCD的优秀。

结论：

目标静态不动且节约成本：CMOS

目标非高速运动：CMOS（采集速度快）

高质量图像（例如尺寸测量）：CCD

4.接口选择

（1）USB接口：支持热拔热插、使用便捷、标准统一、可连接多个设备、相机可通过USB线缆供电。但没有标准的协议、主从结构，CPU占用率高、带宽没有保证。usb3.0的接口一般都是可以自供电。但是也可以再接一个电源，假如usb接口供电不稳定的话，那么就可以选择外接电源来进行供电。

（2）Gige千兆以太网接口：是一种基于千兆以太网通信协议开发的相机接口标准；适用于工业成像应用，通过网络传输无压缩视频信号；拓展性好，传输数据长度最长可伸展至100m（转播设备上可无限延长）；带宽达1Gbit，因此大量的数据可即时得到传输； 可使用标准的NIC卡（或PC上已默认安装）；经济性好，可使用廉价电缆（可使用通用的Ethernet电缆（CAT-6）和标准的连接器；可以很容易集成，且集成费用低；可管理维护性及广泛应用性。

（3）Camerlink接口： 是一种串行通讯协议。采用LVDS接口标准，具有速度快、抗干扰能力强、功耗低。从Channel link技术上发展而来的，在Channel link技术基础上增加了一些传输控制信号，并定义了一些相关传输标准。协议采用MDR-26针连接器。高速率，带宽可达6400Mbps、抗干扰能力强、功耗低。

Gige接口简单方便的进行多相机设置，支持100米线材输出。Camera Link接口是专门针对高速图像数据需求的标准接口。USB 3.0接口具有简单易用，实时性好的特点。目前在机器视觉中，应用最广泛的接口是Gige（以太网）接口，以太网接口在传输速度、距离、成本等方面较其他接口具有很大的优势。

5.分辨率选择

（1）确认所检测物体尺寸

（2）计算最小检测尺寸，选择合适的分辨率

B÷A×C

A＝相机的拍摄范围的像素数（Y方向）（像素）

B＝拍摄视野（Y方向）（mm）

C＝拍摄元件的最小检测像素尺寸（像素），一般的 “4 像素角”。

例如：在30mm视野范围内，检测0.1mm物件。需要200万像素相机，（y方向像素1200，30÷1200×4=0.1mm）

（3）确认处理时间

相机的像素数越高分辨率越高，但是处理时间越长。拍摄传输时间：几ms-几十ms；图像处理：几ms-几百ms。

6.像元尺寸

像元尺寸指芯片像元阵列上每个像元的实际物理尺寸。像元尺寸从某种程度上反映了芯片的对光的响应能力，像元尺寸越大，能够接收到的光子数量越多，在同样的光照条件和曝光时间内产生的电荷数量越多。

像元尺寸=传感器尺寸（CCD/CMOS)÷相机分辨率（像元个数）

7.像素深度

每位像素数据的位数，常见的是8bit，10bit，12bit。分辨率和像素深度共同决定了图像的大小。例如对于像素深度为8bit的500万像素，则整张图片应该有500万*8/1024/1024=37M（1024Byte=1KB，1024KB=1M）。增加像素深度可以增强测量的精度，但同时也降低了系统的速度，并且提高了系统集成的难度（线缆增加，尺寸变大等）。

8.精度

精度指一个像素表示实际物体的大小，精度值越小，精度越高。

单个像素对应的大小=视野宽/宽度分辨率 =视野高/高度分辨率

考虑到相机边缘视野的畸变以及系统的稳定性要求，一般不会只用一个像素单位对应一个测量精度值，有时候根据光源的不同会提高计算的值，使用背光源的精度为1-3个像素，使用正光源的精度为3-5个像素：

例如：使用500W像素相机 分辨率为25002000 视野为100mm80mm

单个像素对应大小 = 0.04mm

背光的精度为 0.04mm-0.12mm

正光的精度为 0.12mm-0.20mm

9.高速运动抓拍

应选择全局快门的工业相机，且需要选择帧率大于运动速度的工业相机。

（1）曝光时间

要满足物体运动速度Vp*曝光时间Ts<允许最长拖影S。运动速度比较快的物体拍照，为了防止长的拖影就需要极短的曝光时间，选用感光比较好的工业相机，可以实现。

（2）帧率指标

帧率即相机每秒钟可以捕捉的图像数量，一般决定于图像大小、曝光时间等。相机帧率必须保证能够拍摄到系统要求时间间隔最短的两张图片，处理图像的时间要在相机的曝光和传输的时间内完成，否则就有可能造成丢帧等现象，进而漏检某些产品。

二、镜头选择

1.确认检测对象工件的最大尺寸，过程中的位置偏离

2.确认工作距离：

工作距离：视野 = 镜头焦距：CCD尺寸

3.弥散圆：

在焦点前后，光线开始聚集和扩散，点的影象变成模糊的，形成一个扩大的圆，这个圆就叫做弥散圆。容许弥散圆：如果弥散圆的直径小于人眼的鉴别能力，在一定范围内实际影象产生的模糊是不能辨认的。

4.景深（DOF,Depth of view）：公式复杂，有在线景深计算器

在焦点前后各有一个容许弥散圆，这两个弥散圆之间的距离就叫焦深，其对应在被摄主体（对焦点）前后，其影像仍然有一段清晰范围的，就是景深。

o 镜头焦距越小，景深越大。

o 与拍摄对象距离越远，景深越大。

o 光圈越小（光圈值越大、镜片的直径越小），景深越大。 使用延伸环或微距镜头时，景深会变小。

o 对于同一只镜头而言，光圈越小，亮度越大，越容易聚焦。

三、光源选择

1.根据检测元件选择打光方式：

（1）镜头接收的光线是来自拍摄对象的镜面反射光线，例如金属、玻璃这种容易反射的表面，正反射性

（2）避开来自拍摄对象的镜面反射光，而接收整体、均一的光线。例如光泽面，涂膜等，漫反射

（3）接收来自拍摄对象背景的光线。例如检测轮廓时，反射不太行了，用透过型背光灯

2.根据照明颜色选取：

波长短的蓝色扩散率高；波长长的红色不易扩散，透过率高，选取对比度明显的照明颜色。

想检测更细微的瑕疵时，蓝色适合。

不想受金属表面的纹路瑕疵等的影响时，红色适合。