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  • 输入相机镜头选型必要的条件 自动计算出其余参数,其中单位都是毫米
  • 工业相机选型工具,非常实用,直接输入数据计算即可,适合各方人士
  • 工业相机镜头选型计算器.zip
  • 工业相机镜头选型

    2021-01-07 16:56:01
    1、工业镜头物理接口类型 镜头的接口尺寸是有国际标准的,共有三种接口型式,即F型、C型、CS型。F型接口是通用型接口,一般适用于焦距大于25mm的镜头;而当镜头的焦距约小于25mm时,因镜头的尺寸不大,便采用C型或CS...

    声明:内容来源于 ”OpenCV与AI深度学习“公众号。

    1、工业镜头物理接口类型
    镜头的接口尺寸是有国际标准的,共有三种接口型式,即F型、C型、CS型。F型接口是通用型接口,一般适用于焦距大于25mm的镜头;而当镜头的焦距约小于25mm时,因镜头的尺寸不大,便采用C型或CS型接口。
    C接口和CS接口的区别
    C与CS接口的区别在于镜头与摄像机接触面至镜头焦平面(摄像机CCD光电感应器应处的位置)的距离不同,C型接口此距离为17.5mm., CS型接口此距离为12.5mm.
    C型镜头与C型摄像机,CS型镜头与CS型摄像机可以配合使用。C型镜头与CS型摄像机之间增加一个 5mm的C/CS转接环可以配合使用。CS型镜头与C型摄像机无法配合使用。
    在这里插入图片描述

    2、工业镜头参数
    视场(Field of view, 即FOV,也叫视野范围) :指观测物体的可视范围,也就是充满相机采集芯片的物体部分。(视场范围是选型中必须要了解的)
    工作距离(Working Distance,即WD):指从镜头前部到受检验物体的距离。即清晰成像的表面距离(选型必须要了解的问题,工作距离是否可调?包括是否有安装空间等
    分辨率:图像系统可以测到的受检验物体上的最小可分辨特征尺寸。在多数情况下,视野越小,分辨率越好。
    景深 (Depth of view,即DOF):物体离最佳焦点较近或较远时,镜头保持所需分辨率的能力(需要了解客户对景深是否有特殊要求?)
    焦距(f)焦距,是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式,指从透镜的光心到光聚集之焦点的距离。亦是照相机中,从镜片中心到底片或CCD等成像平面的距离。
    (需要记住的公式)
    f={工作距离/视野范围长边(或短边)}X CCD长边(或短)
    焦距大小的影响情况:
    焦距越小,景深越大;焦距越小,畸变越大;焦距越小,渐晕现象越严重,使像差边缘的照度降低。

    在这里插入图片描述
    失真(distortion):(衡量镜头性能的指标之一)
    又称畸变,指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。畸变像差只影响影像的几何形状,而不影响影像的清晰度。
    在这里插入图片描述

    光圈与F值
    光圈是一个用来控制镜头通光量装置,它通常是在镜头内。表达光圈大小我们是用F值,如f1.4,f2,f2.8 etc

    光学放大倍数
    用于计算主要缩放比例的公式如下:
    PMAG = 感光芯片尺寸 (mm) / 视场 (mm)
    在这里插入图片描述
    相机参数
    相机分辨率
    分辨率由相机所采用的芯片分辨率决定,是芯片阵列排列的像元数量,对于面阵相机来说水平分辨率和垂直分辨率相乘即为相机的分辨率。例如
    一个相机的分辨率是1280(H)×1024(V),表示每行的像元数量是1280,像元的行数是1024,此相机的分辨率是130万像素。在对同样大小的视场成像时,分辨率越高,对细节的展示越明显。目前常用相机的分辨率有30万,80万,130万,200万,500万等。
    使用技巧:
    视场,相机分辨率和视觉系统精度的计算
    在实际使用时,我们通常需要知道图像单位(像素)和实际物理单位(mm)之间的对应关系,即视觉系统所能达到的精度,
    计算公式为:
    单方向视野范围大小/相机单方向分辨率=理论精度
    例如:视场水平方向的长度是32mm,相机水平分辨率是1600,所以视觉系统精度为32mm/1600像素=0.02mm/像素,表示图像中每个像素对应0.02mm,即为视觉系统的理论精度。
    在选择相机,尤其是用视觉进行测量时,为了提高系统的稳定性,通常需要视觉系统的理论精度大于要求的实际精度。
    例如:
    用视觉系统,测量圆孔的直径,圆孔的大小是4±0.1mm,要求的测量精度是0.02mm,视觉系统水平方向的长度是5mm。
    为了提高系统的稳定性,我们选择4个像素对应0.02mm,则视觉系统精度是0.02mm/4像素=0.005mm/像素,所以相机水平方向的分辨率要不小于5mm /0.005mm/像素=1000像素。选择1280×1024分辨率的相机即可满足要求。
    像元尺寸
    像元尺寸是相机芯片上每个像元的实际物理尺寸,常见的有3.45μm,3.75μm ,4.4μm,4.65μm,6.45μm,7.4μm,9.6μm等。对同型号和同尺寸的芯片,外部光照环境和相机参数设置相同(比如曝光时间和增益等)的情况下,像元尺寸越大,能够接收到的光子数量越多,所成像的图像越亮。
    使用技巧:
    通过选择大像元尺寸的相机弥补图像的亮度不足。
    在有些使用场合,相机的曝光时间需要设置很短,无法加长;同时光源的亮度也无法再提高,而图像的亮度仍然达不到我们所需要的亮度。
    在此时,可以考虑采用更大像元尺寸的相机,来提高感光性,增加图像亮度。
    例如采用1/3”,30万像素的CCD相机,在上述的其他条件的制约下,图像仍然不够亮;可以考虑采用1/2”,30万像素的CCD相机,以提高图像亮度。
    计算运动物体不产生拖影的曝光时间
    在拍摄高速运动物体的场合,选择帧曝光的相机后,还需要计算相机的曝光时间,以使图像不产生拖影,理论的计算原则是:运动物体在相机芯片上所成的像,在曝光时间内,移动的距离不超过一个像元尺寸。
    例如:物体运动速度是150mm/s,沿芯片水平方向运动,相机是1/2”芯片(6.4mm×4.8mm),视场水平方向长度是20mm,像元尺寸是4.65μm,计算成像时不产生拖影的曝光时间。首先计算出像的运动速度,放大倍数为6.4mm/20mm=0.32,所以像的运动速度是0.32×150mm/s=48mm/s;根据计算原则,(曝光时间)×48mm/s=4.65μm,所以曝光时间为0.000097s,曝光时间设置为100µs即可
    像元深度
    数字相机输出的数字信号,对于每一个像元灰度值,都有统一的比特位数,称为像元深度。对于黑白相机来说,像元深度定义灰度由暗到亮的灰
    阶数。例如,像元深度是8位的相机,输出的图像灰度等级是2的8次方,即0-255共256级。像元深度是10位的相机,输出的图像灰度等级是2的10次
    方,即0-1023共1024级。像元深度越大,固然可以增强测量的精度,但同时也降低了系统的速度,所有我们要谨慎选择。一般工业上都是使用8位的像元深度。

    3、远心镜头

    远心镜头(Telecentric),主要是为纠正传统工业镜头视差而设计,它可以在一定的物距范围内,使得到的图像放大倍率不会变化,其本质是普通镜头与小孔成像原理的相结合;

    在这里插入图片描述

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    4、工业镜头选型案例
    案例分析:
    已知条件:工业相机型号已经选择好,
    具体参数:工业相机芯片尺寸为2/3",C接口,500万像素;
    视野是100*100mm, 工作距离:500mm;

    根据以上条件,我们来选择合适的工业镜头;
    镜头接口: 首先工业镜头要和工业相机接口一致,所以这里也选择C接口;
    镜头大小: 遵循镜头大小要大于相机的芯片大小,所以这里镜头尺寸最少支持2/3";
    镜头分辨率: 镜头的分辨率要高于相机的分辨率,所以选择5百万像素以上;
    焦距: 500(工作距离)× 8.8(芯片水平长度)/ 100(视野)=44mm;
    镜头放大倍率: 8.8(芯片水平长度)/ 100=0.088
    附加:
    一、机器视觉中工业镜头的计算方式
    1、WD 物距 工作距离(Work Distance,WD)。
    2、FOV 视场 视野(Field of View,FOV)
    3、DOV 景深(Depth of Field)。
    4、Ho:视野的高度
    5、Hi:摄像机有效成像面的高度(Hi来代表传感器像面的大小)
    6、PMAG:镜头的放大倍数
    7、f:镜头的焦距
    8、LE:镜头像平面的扩充距离

    在这里插入图片描述
    二、相机和镜头选择技巧
    1、相机的主要参数:
      感光面积SS(Sensor Size)
    2、镜头的主要参数:
      焦距FL(Focal Length)
      最小物距Dmin(minimum Focal Distance)
    3、其他参数:
      视野FOV(Field of View)
      像素pixel
      FOVmin=SS(Dmin/FL)
      如:SS=6.4mm,Dmin=8in,FL=12mm pixel=640*480
      则:FOVmin=6.4(8/12)=4.23mm 4.23/640=0.007mm
      如果精度要求为0.01mm,1pixels=0.007mm<0.01mm
      结论:可以达到设想的精度
    在这里插入图片描述
    三、工业相机传感器尺寸大小:(单位:mm)

    在这里插入图片描述
    四、CCD相机元件的尺寸

    在这里插入图片描述
    五、线阵传感器尺寸(单位:mm)

    在这里插入图片描述
    六、公式:
      分辨率(μm)=0.61(固定值)x0.55(设计波长)÷NA
       有效F No=放大倍率/2NA
       景深(mm)=2(可接受的模糊圆直径x有效F No÷放大倍率2)
       光通量直径(φ)=2NAx物体的高度+视野尺寸(角度)
    七、显示器倍率及综合倍率的求法
      显示器倍率=显示器英寸数x25.4(1英寸)÷CCD相机对角尺寸
       综合倍率=显示器倍率x光学倍率
       例:2x光学倍率镜头和1/2’’ CCD相机的组合,在14’'显示器上的影像综合倍率
      
       综合倍率=44.45x2=88.9

    八、光学放大率
    在这里插入图片描述
    最后,这个不错的公众号推荐一下。
    在这里插入图片描述

    最最后,附上另外一个不错的博客文章:

    工业相机与镜头选型方法(含实例)

    展开全文
  • 工业相机镜头选型教程

    千次阅读 2019-01-22 11:49:16
    相关计算公式网上已经很多了,给大家...https://download.csdn.net/download/q852474220/10925014 相机镜头选型计算器 https://download.csdn.net/download/q852474220/10941826 景深计算器(已经修复bug) 第...

    相关计算公式网上已经很多了,给大家推荐两个我自己写的小工具,只要填入参数点计算就好了

    https://download.csdn.net/download/q852474220/10925014          相机镜头选型计算器

    https://download.csdn.net/download/q852474220/10941826          景深计算器(已经修复bug)

    第一个工具有6个参数 F表示靶面       V表示视场(W表示宽 H表示高 就不解释了)  带F或者V的两个必须同时为0或者同时非0才可以计算,任意输入三个参数会计算出其他参数

     

    视野大小根据检测需要的视野决定,工作距离要合理(方便安装不会干涉即合理)靶面尺寸跟相机相关,2/3“居多,是8.8MM*6.6MM相机的文档上面会提供尺寸

    FW(FH)=像元尺寸*对应方向上的分辨率

    对应方向上的分辨率=VW(VH)/精度

    例如 我们公司跟海康有合作经常使用海康500w的相机 像素是2448*2048  2/3寸

    检测物体需要检测的尺寸是90*90,视野留一点余量为100*100

    像素精度=100/2448=0.04mm

    工作距离200不干涉其他机构,需要选择多少焦距的镜头呢

    按照上面输入后点击计算

    计算结果是以短边为准即H方向得到镜头焦距为13.2mm

    镜头很少会有13mm的 于是选择12毫米的,焦距越短 视野越大,视野会大一点

    实际像素精度=110/2048=0.05mm

    实际精度为像素精度的5倍算法更简单 误差也会小一些

    所以按以上计算我当它精度只有0.25mm

     

    如果想视野小一点,把工作距离减小一点就可以了

    如果检测平面不平,或者有有的检测物体厚一点或者薄一点,工作距离会发生变化

    导致画面不清晰

    所以选型的镜头的时候需要计算一下景深

    使用景深计算器计算一下

    其中F为光圈值,F越小光圈越大,得到图像就越亮,但是景深就会越小

    1.4一般为最大光圈

    焦距越大,景深也会越小

    δ为弥散圆直径单位为微米,跟等于像元尺寸

    计算结果如图

     

    展开全文
  • 适合初入非标自动化行业从事机器视觉人员
  • 工业相机镜头选型实例及知识讲解

    千次阅读 2020-08-25 11:49:42
    随着人工智能的不断发展,机器学习这门技术也越来越重要,很多人都开启了学习机器学习,本文就介绍了机器学习的相机镜头选型。</font> 1、选相机 1.1、相机分辨率 根据系统对图像精度的要求来选择相机的...

    工业相机的选型

    一、选相机
    二、选镜头

    前言

       随着人工智能的不断发展,机器学习这门技术也越来越重要,很多人都开启了学习机器学习,本文就介绍了机器学习的相机镜头选型。</font>
    

    1、选相机

    1.1、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。

    1.2、案列

    1.2.1 已知条件

    待检测物体大小:10mm×7mm;
    检测精度:0.01mm;
    视野范围:12mm x 9mm;

    1.2.2 计算

    相机最小分辨率=(12/0.01)(9/0.01)=1200900≈108万像素;
    相机分辨率至少为108万像素;
    可以选用130万像素相机(1280960);
    为减小边缘提取时的像素偏移带来的误差,提高系统的精准度和稳定性,实际使用中一般用2-3个像素对应一个最小缺陷或特征;
    则相机分辨率=108
    3≈324万;
    最终选型320万像素相机(2048*1536)

    2、选镜头

    2.1、镜头像面

    为保证画面整体的可应用性,选用镜头的像面尺寸应大于相机芯片的对角线尺寸(以下简称靶面),否则会出现边缘暗角/黑角等情况,影响使用。

    2.2、镜头焦距

    根据被摄物体的大小我们可以得到视野的大致范围,进而得到物像关系,这里我们用光学放大倍率来表示。
    公式:光学放大倍率=CCD相机元素尺寸/视场实际尺寸
    =CCD(V)或(H)尺寸/视场(V)或(H)尺寸
    =焦距/物距

    2.3、案列

    2.3.1 已知条件

    视野范围:12mm9mm;
    镜头前端距离被测物体距离:60mm;
    选用相机:320万像素相机(分辨率2048
    1536,像元尺寸3.45um)

    2.3.2 计算

    ① CCD长宽尺寸:
    CCD长度=20483.45/1000=7.0656mm
    CCD高度=1536
    3.45/1000=5.2992mm

    ② 计算光学放大倍率:
    光学放大倍率=CCD(V)/视场(V)=7.0656/12=0.59 倍

    ③ 计算焦距:
    焦距=物距×光学放大倍率=60×0.59=35.4mm
    常用焦距有:8.12.16.25.35.50.75等.

    ④ 计算实际光学放大倍率、视野长度、视野高度:
    实际光学放大倍率 =焦距/物距 =35/60=0.58 倍
    实际视野长度 = CCD长度/实际光学放大倍率=7.06/0.58=12.17mm
    实际视野宽度 = CCD高度/实际光学放大倍率=5.30/0.58=9.13mm

    ⑤ 计算单像素精度:
    单像素精度 =视野长度/CCD长方向有效像素个数=12.17/2048=0.0059mm

    3.总结

    使用35mm镜头,搭配320万相机,可以达到12.17mm×9.13mm的视野,单像素精度5.9微米。

    4.相机镜头常用资源查询

    4.1工业相机术语

    4.1.1 芯片尺寸

    在这里插入图片描述
    通常芯片尺寸与分辨率是对应的,如500W相机2.2um像元为1/2.5
    3.45um像元为2/3,4.8um像元为1英寸

    芯片尺寸=像元尺寸X分辨率

    4.1.2 精度

    在这里插入图片描述
    80÷4000=0.02 mm/pix
    理论精度为2丝

    4.1.3 拖影

    在这里插入图片描述
    0.1mm÷100mm/s=0.001s=1ms=1000μs

    4.2相机的选型

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    4.2工业镜头术语

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    4.3镜头参数间相互影响关系

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    工业相机镜头选型案例分析

    齿轮项目
     该项目的基本要求是:检测齿轮滚轴的安装质量(缺失)和滚轴的直径
    公差200微米。在线检测速度为2个/秒。
     相机的选择:
    客户需求200um,根据精度= FOV / Resolution,测量齿轮实际大小
    为48mm,加上边缘宽度,以60mm作为FOV(H),以此数据算的相机
    Resolution=FOV(H)/精度=60/0.2=300, 故选择640480分辨率,曝光时间至少
    1/2 S的工业相机。
     镜头的选择
    由于这个项目上对检测环境没有特殊要求,人为设定WD=200mm,CCD
    Size根据相机参数1/4”(对角线长度),乘16转换为4mm,再根据4:3的比例,勾
    股定理算出水平的直角边为3.2mm。根据Focus level/WD=CCD Size / FOV
    f=CCD Size
    WD/FOV=3.2*200/60=10.6mm,故选择12mm定焦可满足需求。

    另外一种近似计算方法(根据相似三角形公式):f/L = h/H => f = Lh/H=260x6.6/100 = 17.16mmVSf = L/(1+1/ β)=Lh/(H+h) = 260x6.6/(100 + 6.6) = 16.1mm

    展开全文
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工业相机镜头选型