化工儀器網(wǎng)
技術(shù)文章
核心揭秘：視覺成像都有哪些關(guān)鍵參數(shù)？
閱讀：989 發(fā)布時(shí)間：2023-3-8工業(yè)相機(jī)是機(jī)器視覺系統(tǒng)中的核心器件之一，在為一項(xiàng)應(yīng)用選擇相機(jī)前，需要充分了解相機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，以選出適合應(yīng)用的工業(yè)相機(jī)，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)優(yōu)解。那么要了解哪些主要參數(shù)呢？
鏡頭焦距(Focus Length)
視野(Field Of Vision)
物距(Object Distance)
焦距是鏡頭非常重要的一個(gè)光學(xué)參數(shù)，指的是鏡頭光學(xué)后主點(diǎn)到焦點(diǎn)的距離，是鏡頭的重要性能指標(biāo)。
鏡頭焦距的長(zhǎng)短與鏡頭拍攝圖片的成像大小成反比。簡(jiǎn)單的說，在同樣距離下，焦距越大的鏡頭，拍攝到的畫面越小。
工業(yè)相機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中配備的大多數(shù)是固定焦距的，所以在確定鏡頭焦距的時(shí)候，需要了解現(xiàn)場(chǎng)相機(jī)物距（相機(jī)鏡頭距離被測(cè)物表面的安裝高度），相機(jī)拍照的視野范圍（也就是待檢被測(cè)物特征的尺寸）。
某些應(yīng)用場(chǎng)合會(huì)涉及不同高度被測(cè)物的混檢，這時(shí)會(huì)考慮使用可變焦距的鏡頭，選擇變焦鏡頭要考慮兩個(gè)問題，一是變焦的速度，二是鏡頭的壽命。
像素（Pixel）
分辨率（Resolution）
檢測(cè)精度（Detecting Precision)
生活中我們用看圖軟件把圖像放大后，圖像會(huì)呈現(xiàn)出一個(gè)個(gè)小方塊，這個(gè)小方塊就是圖像的像素點(diǎn)，是成像芯片CCD或CMOS的在生成圖像的最小單元，例如一張200萬像素的圖片，大概就是由200萬個(gè)像素點(diǎn)組成的。
分辨率指的就是CCD或CMOS芯片的成像能力，分辨率的表達(dá)方式如下：
200萬攝像頭的分辨率 = 1626 x 1236
這個(gè)說明這個(gè)攝像頭X軸方向有1626個(gè)像素，一共有1236行，拍出來的圖像合計(jì)2009736個(gè)像素，約等于200萬。
檢測(cè)精度的簡(jiǎn)單評(píng)估方法如下：
檢測(cè)精度=圖像的X軸實(shí)際尺寸/X軸的像素點(diǎn)數(shù)量
例如一個(gè)被測(cè)物，X軸的尺寸是100mm，如果用200萬攝像頭去拍照檢測(cè)（假設(shè)工件鋪滿畫面，不存在空白區(qū)域），那么此時(shí)相機(jī)的檢測(cè)精度為：
100mm /1626 = 0.0615mm
以上方法只是用于攝像頭選型時(shí)的簡(jiǎn)單精度評(píng)估，實(shí)際的檢測(cè)精度會(huì)受到很多外在因素的影響，包括被測(cè)物移動(dòng)速度，光線干擾，工件外形一致性，特征對(duì)比度等。
景深（ Depth Of Field）
景深是個(gè)非常有趣的現(xiàn)象，日常生活中經(jīng)常會(huì)遇到，看看下面這張圖：
當(dāng)鏡頭聚焦點(diǎn)在花朵A的時(shí)候進(jìn)行拍照，最終花朵A是清晰的，但是花朵A后面的其他花就變模糊了。
所以當(dāng)鏡頭聚焦在一個(gè)點(diǎn)時(shí)，只有在聚焦點(diǎn)前后的一段距離內(nèi)的物體成像清晰，在此距離外的物體成像模糊，這個(gè)距離就成為鏡頭的景深。
控制景深的三大要素：
光圈：光圈越大，景深越??；光圈越小，景深越大。
焦距：焦距越長(zhǎng)，景深越??；焦距越短，景深越大。
距離：距離越近，景深越??；距離越遠(yuǎn)，景深越大。
一個(gè)有趣的現(xiàn)象，當(dāng)你想看清一個(gè)物體的時(shí)候，是不是習(xí)慣瞇起眼睛？
曝光時(shí)間（Exposure Time）
曝光時(shí)間是從相機(jī)快門打開后，CCD感光芯片獲取外部光線的持續(xù)時(shí)間。
打個(gè)比方，如果把CCD感光芯片比作一個(gè)水池，相機(jī)快門比作水池入水口的閥門，那么曝光時(shí)間指的就是閥門持續(xù)打開的時(shí)間。閥門打開時(shí)間越長(zhǎng)，進(jìn)入水池的水就越多。同理，相機(jī)的曝光時(shí)間越長(zhǎng)，CCD感光芯片獲取到的光線就越足，圖像就越亮。
調(diào)節(jié)曝光時(shí)間需要考慮什么？
曝光時(shí)間太小或太大會(huì)造成圖像過暗或過亮，影響被測(cè)物特征與背景的對(duì)比度
相機(jī)檢測(cè)時(shí)間包含了圖像的曝光時(shí)間，所以曝光時(shí)間與檢測(cè)效率息息相關(guān)
運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的場(chǎng)合，曝光時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)造成圖像虛影，影響檢測(cè)精度
曝光時(shí)間和成像虛影
相機(jī)的“防抖"功能大家都耳熟能詳，在拍照的過程中，相機(jī)和被測(cè)物的抖動(dòng)都會(huì)造成圖像虛影，這里思考兩個(gè)問題：
為什么抖動(dòng)會(huì)造成圖像虛影？
為什么夜晚拍照比白天更容易造成圖像虛影？
再打個(gè)比方來解釋，把光線進(jìn)入到相機(jī)的CCD感光芯片比作是水滴持續(xù)落在紙張表面上。
如果水滴和紙張的位置都是固定不動(dòng)的，那么在曝光時(shí)間內(nèi)，水滴都會(huì)落在紙張表面的同一個(gè)位置，紙張上水滴的輪廓只是一個(gè)點(diǎn)。
如果紙張是移動(dòng)的，那么在曝光時(shí)間內(nèi)，水滴就會(huì)落在紙張的不同位置上，最終水滴留在紙張上的痕跡就變成了多個(gè)點(diǎn)或線，而這些多出來的點(diǎn)和線就是相機(jī)成像上的虛影，曝光時(shí)間越長(zhǎng)，虛影就越嚴(yán)重。
家用相機(jī)很多人喜歡用自動(dòng)模式拍照，白天因?yàn)楣饩€充足，相機(jī)拍照的快門速度極快，曝光時(shí)間短，所以只要物體移動(dòng)速度不是特別快，畫面的虛影幾乎看不出來。但是到了夜晚，為了獲得足夠的曝光度，相機(jī)會(huì)將快門速度自動(dòng)調(diào)慢，延長(zhǎng)曝光時(shí)間，于是圖像虛影就明顯了很多。
很多攝影愛好者常常會(huì)利用長(zhǎng)曝光時(shí)間來拍攝一些唯美的圖像，如下圖：
但是工業(yè)檢測(cè)上，必須盡可能的規(guī)避虛影產(chǎn)生，所以會(huì)參考下列公式來計(jì)算相機(jī)拍照的最大曝光時(shí)間：
物體的運(yùn)動(dòng)速度 × 曝光時(shí)間 = 相機(jī)視野 / 相機(jī)分辨率
這個(gè)公式的含義是：在相機(jī)的曝光時(shí)間之內(nèi),被測(cè)物所走過的距離不能超過一個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度。
綜上所述，了解相機(jī)成像的相關(guān)特性，可以讓工業(yè)相機(jī)獲得最佳的圖像效果，從而提高整體系統(tǒng)的檢測(cè)性能。
END
觀看產(chǎn)品視頻
進(jìn)入邦納微信公眾號(hào)，點(diǎn)擊下方菜單“精彩邦納"——“視頻合集"
