工業(yè)相機是機器視覺系統(tǒng)中的核心器件之一,在為一項應用選擇相機前,需要充分了解相機的各項參數(shù)指標,以選出適合應用的工業(yè)相機,實現(xiàn)檢測優(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光學參數(shù),指的是鏡頭光學后主點到焦點的距離,是鏡頭的重要性能指標。
鏡頭焦距的長短與鏡頭拍攝圖片的成像大小成反比。簡單的說,在同樣距離下,焦距越大的鏡頭,拍攝到的畫面越小。
工業(yè)相機在實際應用中配備的大多數(shù)是固定焦距的,所以在確定鏡頭焦距的時候,需要了解現(xiàn)場相機物距(相機鏡頭距離被測物表面的安裝高度),相機拍照的視野范圍(也就是待檢被測物特征的尺寸)。
某些應用場合會涉及不同高度被測物的混檢,這時會考慮使用可變焦距的鏡頭,選擇變焦鏡頭要考慮兩個問題,一是變焦的速度,二是鏡頭的壽命。
像素(Pixel)
分辨率(Resolution)
檢測精度(Detecting Precision)
生活中我們用看圖軟件把圖像放大后,圖像會呈現(xiàn)出一個個小方塊,這個小方塊就是圖像的像素點,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200萬個像素點組成的。
分辨率指的就是CCD或CMOS芯片的成像能力,分辨率的表達方式如下:
200萬攝像頭的分辨率 = 1626 x 1236
這個說明這個攝像頭X軸方向有1626個像素,一共有1236行,拍出來的圖像合計2009736個像素,約等于200萬。
檢測精度的簡單評估方法如下:
檢測精度=圖像的X軸實際尺寸/X軸的像素點數(shù)量
例如一個被測物,X軸的尺寸是100mm,如果用200萬攝像頭去拍照檢測(假設工件鋪滿畫面,不存在空白區(qū)域),那么此時相機的檢測精度為:
100mm /1626 = 0.0615mm
以上方法只是用于攝像頭選型時的簡單精度評估,實際的檢測精度會受到很多外在因素的影響,包括被測物移動速度,光線干擾,工件外形一致性,特征對比度等。
景深( Depth Of Field)
景深是個非常有趣的現(xiàn)象,日常生活中經(jīng)常會遇到,看看下面這張圖:
當鏡頭聚焦點在花朵A的時候進行拍照,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。
所以當鏡頭聚焦在一個點時,只有在聚焦點前后的一段距離內(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?。还馊υ叫?,景深越大。
焦距:焦距越長,景深越??;焦距越短,景深越大。
距離:距離越近,景深越小;距離越遠,景深越大。
一個有趣的現(xiàn)象,當你想看清一個物體的時候,是不是習慣瞇起眼睛?
曝光時間(Exposure Time)
曝光時間是從相機快門打開后,CCD感光芯片獲取外部光線的持續(xù)時間。
打個比方,如果把CCD感光芯片比作一個水池,相機快門比作水池入水口的閥門,那么曝光時間指的就是閥門持續(xù)打開的時間。閥門打開時間越長,進入水池的水就越多。同理,相機的曝光時間越長,CCD感光芯片獲取到的光線就越足,圖像就越亮。
調(diào)節(jié)曝光時間需要考慮什么?
曝光時間太小或太大會造成圖像過暗或過亮,影響被測物特征與背景的對比度
相機檢測時間包含了圖像的曝光時間,所以曝光時間與檢測效率息息相關
運動檢測的場合,曝光時間過長會造成圖像虛影,影響檢測精度
曝光時間和成像虛影
相機的“防抖”功能大家都耳熟能詳,在拍照的過程中,相機和被測物的抖動都會造成圖像虛影,這里思考兩個問題:
為什么抖動會造成圖像虛影?
為什么夜晚拍照比白天更容易造成圖像虛影?
再打個比方來解釋,把光線進入到相機的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的,那么在曝光時間內(nèi),水滴都會落在紙張表面的同一個位置,紙張上水滴的輪廓只是一個點。
如果紙張是移動的,那么在曝光時間內(nèi),水滴就會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點或線,而這些多出來的點和線就是相機成像上的虛影,曝光時間越長,虛影就越嚴重。
家用相機很多人喜歡用自動模式拍照,白天因為光線充足,相機拍照的快門速度極快,曝光時間短,所以只要物體移動速度不是特別快,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,相機會將快門速度自動調(diào)慢,延長曝光時間,于是圖像虛影就明顯了很多。
很多攝影愛好者常常會利用長曝光時間來拍攝一些唯美的圖像,如下圖:
但是工業(yè)檢測上,必須盡可能的規(guī)避虛影產(chǎn)生,所以會參考下列公式來計算相機拍照的最大曝光時間:
物體的運動速度 × 曝光時間 = 相機視野 / 相機分辨率
這個公式的含義是:在相機的曝光時間之內(nèi),被測物所走過的距離不能超過一個像素所對應的長度。
綜上所述,了解相機成像的相關特性,可以讓工業(yè)相機獲得最佳的圖像效果,從而提高整體系統(tǒng)的檢測性能。
END
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