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机器视觉线阵系统选型,涉及相机、镜头、采集卡、光源等配件的选型说明,经验分享
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线阵系统的选择
工业相机的速度是工业相机帧频或者行频的统称,具体的来说,帧频是相对于面阵工
业相机来说的,行频是相对于线阵工业相机来说的。
面阵工业相机的速度即帧频的单位是 fps(frme per second).比如:25fps 表示工业
相机在 1 秒钟内最多能采集 25 帧图像;
线阵工业相机的速度即行频的单位是 KHz。比如:12KHz 表示线阵工业相机在 1 秒
钟内最多能采集 12000 行图像数据。
速度是工业相机的一个重要参数,工业相机的帧频和行频首先受到所用芯片的帧频和
行频的影响,芯片的设计最高速度则主要由芯片所能承受的最高时钟决定。所以我们通常
都说 CCD 芯片的呈现质量要好于 CMOS 芯片的成像质量。在实际应用中大部分检测都是
需要对运动的产品成像,这时就需要工业相机的速度满足具体使用的要求,才能清晰准确
的对物体成像。
一般来说,一个面阵相机视觉系统的配置是按照这样的顺序进行的:相机+采集卡→
镜头→光源
线阵项目也类似,根据系统的检测精度和速度要求,确定线阵 CCD 相机分辨率和行
扫描速度,同时确定对应的采集卡,只是需要选线阵相机镜头接口(mount)时同时考虑
镜头的选型,最后确定光源的选型。
线阵镜头的选型。为什么在选相机时要考虑镜头的选型呢?常见的线阵相机分辨率目
前有 1K,2K,4K,6K,7K,8K,12K 几种,象素大小有 5um,7um,10um,14um 几种,这样
芯片的大小从 10.240mm (1Kx10um) 到 86.016mm (12Kx7um)不等。很显
然,C接口远远不能满足要求,因为C接口最大只能接 22 mm 的芯片,也就是
1.3inch。而很多相机的接口为F,M 42X1,M72X0.75 等,不同的镜头接口对应不同
的后背焦(Flange distance),也就决定了镜头的工作距离不一样。
(一)相机+镜头
(1)相机
幅宽 1600mm,精度 1mm/pixel,速度 22000mm/s,物距 1300mm;
解答:
相机像素(分辨率)=幅宽÷精度=1600÷1=1600 像素
即最少需要 2k 的相机,2K 相机为 2048 像素
实际检测精度(像素当量)=幅宽÷分辨率=1600÷2048=0.78mm
扫描行频=速度÷实际检测精度=22000÷0.8=27.5KHz
最后:应该选择 2K 像素,28KHz 行频的相机
注:计算线阵的视场范围(fov:我理解为幅宽)
FOV=像元尺寸 x 相机分辨率 x 物距÷镜头焦距
像元尺寸可在线阵摄像机手册中查到
另外,需要根据系统的实际需求来选择相机分辨率的大小,下面以一个凌
云光电资料的计算方式来分析。
在凌云光电的资料中:
相机像素=幅宽÷精度=1600÷(1x0.5)=3200 像素
相机像素=幅宽÷精度=1600÷1*2=3200 像素
针对乘以标黄字体 x0.5 或*2 的解释:
应用案例: 假设检测一个物 体的 表面 划痕 ,要求拍 摄的 物体 大小 为
10*8mm, 要求的检测精度是0.01mm 。首先假设我们要拍摄的视野范围在
12*10mm, 那 么 相 机 的 最 低 分 辨 率 应 该 选 择 在 :
(12/0.01)*(10/0.01)=1200*1000, 约为120 万像素的相机,也就是说一个
像素对应一个检测的缺陷的话,那么最低分辨率必须不少于120 万像素,但
市面上常见的是130 万像素的相机,因此一般而言是选用130 万像素的相
机。但实际问题是,如果一个像素对应一个缺陷的话,那么这样的系统一定
会极不稳定,因为随便的一个干扰像素点都可能被误认为缺陷,所以我们为了
提高系统的精准度和稳定性,最好取缺陷的面积在3 到4 个像素以上,这样我
们选择的相机也就在130 万乘3 以上,即最低不能少于300 万像素,通常采
用300 万像素的相机为最佳(我见过最多的人抱着亚像素不放说要做到零点几
的亚像素,那么就不用这么高分辨率的相机了。比如他们说如果做到0.1 个像
素,就是一个缺陷对应0.1 个像素,缺陷的大小是由像素点个数来计算的,试
问0.1 个像素的面积怎么来表示?这些人以亚像素来忽悠人,往往说明了他们
的没有常识性)。换言之,我们仅仅是用来做测量用,那么采用亚像素算法,
130 万像素的相机也能基本上满足需求,但有时因为边缘清晰度的影响,在
提取边缘的时候,随便偏移一个像素,那么精度就受到了极大的影响。故我们
选择300 万的相机的话,还可以允许提取的边缘偏离3 个像素左右,这就很
好的保证了测量的精度。
(2)镜头
镜头 CCD 最大尺寸应该等于选配的相机 CCD 尺寸
方法一
Sensor 长 度 ( 靶 面 尺 寸 ) = 像 素 宽 度 x 像 素 数
=0.01mmx2048=20.48mm
镜 头 焦 距 =Sensor 长 度 x 物 距 ÷ 幅 宽
=20.48x1300mm÷1600=16.64mm
方法二
相机靶面(CCD 尺寸)=分辨率 x 像元尺寸
放大倍率=相机靶面 Y’÷视野范围 Y(即:CCD 尺寸/视野范围 fov)
工作距离:镜头下端到被测试物体的距离
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Ivan_suisui
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