相機(jī)和鏡頭是計(jì)算機(jī)視覺(jué)中重要的組成部分，合適的相機(jī)和鏡頭決定了系統(tǒng)的好壞。但是大部分的計(jì)算機(jī)視覺(jué)工程師對(duì)如何選擇工業(yè)用相機(jī)和合適的鏡頭上犯了難。本文主要介紹如何選擇相機(jī)與對(duì)應(yīng)的鏡頭。

相機(jī)成像原理

學(xué)過(guò)初中物理的同學(xué)肯定不會(huì)忘記小孔成像。

凸透鏡成像有幾個(gè)關(guān)鍵的點(diǎn)需要記?。?/p>

1、物距大于2倍焦距以外，實(shí)像；

2、物距等于2倍焦距，實(shí)像；

3、物距在1到2倍焦距之間，實(shí)像；

4、物距等于1倍焦距，不成像；

5、物距在1倍焦距以內(nèi)，虛像；

相機(jī)的選擇

相機(jī)選擇主要包括兩個(gè)方面：線陣相機(jī)的選擇和面陣相機(jī)的選擇。首先，不管是線陣相機(jī)，還是面陣相機(jī)，都需要事先指導(dǎo)和相機(jī)有關(guān)的一些參數(shù)。

1、分辨率（這里說(shuō)的是相機(jī)傳感器成像大?。豪?024pixel x 1024pixel；

2、幀率（面陣相機(jī)）：每秒能拍攝的圖像張數(shù)；

3、行頻（線陣相機(jī)）：每秒采集的圖像行數(shù)，實(shí)際上也是每秒拍攝的張數(shù)；

4、像元尺寸：傳感器上一個(gè)物理像元的尺寸，例如：7.4um x 7.4um；

5、傳感器尺寸：像元尺寸乘以分辨率就是傳感器尺寸；

6、焦距：指平行光入射時(shí)從透鏡光心到光聚集之焦點(diǎn)的距離；

7、物距：物體到透鏡光心的距離；

8、光學(xué)放大倍率：一般的情況下是固定值，一般就是0.35倍-2.25倍或者是0.75倍-4.5倍；

9、工作距離：也就是物距；

10、曝光時(shí)間：為了將光投射到照相感光材料的感光面上，快門所要打開(kāi)的時(shí)間；

11、視場(chǎng)角：最邊緣的入射光線在鏡頭中心組成的角度

12、靶面尺寸：傳感器成像的大?。?/p>

13、精度：傳感器一個(gè)像素所代表的實(shí)際物體的尺寸是多少；

14、景深：在攝影機(jī)鏡頭或其他成像器前沿能夠取得清晰圖像的成像所測(cè)定的被攝物體前后距離范圍

線陣相機(jī)的選擇

線陣相機(jī)適合于高速運(yùn)動(dòng)的物體，一般建議40km/h運(yùn)動(dòng)的物體可以采用線陣相機(jī)拍攝。

1、確定成像物體的尺寸：例如 AxB（單位：mm）;

2、工作距離暫定為C(單位：mm)

3、精度D(單位：mm/pixel)

4、速度為V(單位：mm/s)

5、景深E(單位：mm)

那么相機(jī)必須具有的采集速度為：V/D（用來(lái)確定行頻）

相機(jī)最小的成像尺寸為（假設(shè)是以A作為成像寬度）：A/D（用來(lái)確定相機(jī)的成像尺寸）

有了這兩個(gè)參數(shù)，基本上就可以確定相機(jī)的型號(hào)了，例如：行頻為55k, 尺寸為2048x1,其他滿足要求即可。

面陣相機(jī)的選擇

面陣相機(jī)的選擇要稍微復(fù)雜一點(diǎn)，適合低速運(yùn)動(dòng)的物體。一般建議40km/h。同樣需要下面這些參數(shù)：

1、確定成像物體的尺寸：例如 AxB（單位：mm）;

2、工作距離暫定為C(單位：mm)

3、精度D(單位：mm/pixel)

4、物體運(yùn)動(dòng)速度為V(單位：mm/s)

5、景深E(單位：mm)

首先，成像的視場(chǎng)必須大于物體的物理尺寸，例如，市場(chǎng)定為2Ax2B（盡量保有余量）

相機(jī)水平成像尺寸：A/D；垂直成像尺寸：B/D；根據(jù)計(jì)算結(jié)果，就選擇大于這兩個(gè)數(shù)據(jù)的相機(jī)尺寸axb；

現(xiàn)在考慮曝光時(shí)間，因?yàn)檫@個(gè)關(guān)系到成像有沒(méi)有拖影;

曝光時(shí)間 < D‘/V（當(dāng)相機(jī)的成像尺寸確定后，重新確定精度，假設(shè)為D‘，計(jì)算為2A/a）

鏡頭的選擇

有了相機(jī)，沒(méi)有鏡頭是不行的。

鏡頭的選擇過(guò)程如下：

放大率F = 像元尺寸/精度 （相機(jī)選擇了之后，像元尺寸也就確定了）

焦距=工作距離*放大率/（放大率+1），計(jì)算出結(jié)果后，就選擇比這個(gè)數(shù)值小，而且最接近的標(biāo)準(zhǔn)焦距；

靶面直徑=相機(jī)像元尺寸x相機(jī)的水平或者垂直的像素?cái)?shù)，（所以鏡頭的尺寸必須大于這個(gè)數(shù)值，要不然在傳感器上成的像就不全）

這幾個(gè)參數(shù)確定后就可以選擇鏡頭型號(hào)了。

這里要注意，選擇鏡頭的時(shí)候，還要注意視場(chǎng)角，（假設(shè)市場(chǎng)大小為2Ax2B）

水平視場(chǎng)角=2*arctg(A/C)

垂直視場(chǎng)角=2*arctg(B/C)

審核編輯：黃飛

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