工業相機 鏡頭 光源講解及選型

2021-10-06 21:14:45 字數 4489 閱讀 7065

1.ccd(電荷耦合器)和cmos(互補氧化物半導體):

1.1 ccd資訊的讀取需要以行為單位一位一位讀取,再經過感測器邊緣的放大器進行放大輸出,所以速度較慢;

cmos中每個畫素都會連線乙個放大器及模/數轉換電路,讀取十分簡單,速度較快。

1.2 ccd製作工藝複雜,成本高,傳輸影象中不會丟失資訊,而cmos傳輸中會產生噪音,所以ccd比cmos成像質量要高;

正是由於1.2中的原因,所以1.1中cmos才會先放大後再整合資料。

1.3 ccd被動的讓每個畫素中的電荷傳送到傳輸通道,需要消耗更多的電量。

2.線陣相機和面陣相機:

面陣相機實現的是畫素矩陣拍攝;線陣相機呈線狀。

3.隔行掃瞄和逐行掃瞄:

隔行掃瞄分兩遍掃瞄,第一遍掃瞄奇數行,第二遍掃瞄偶數行,奇數行和偶數行合併在一起就是一幀(一副影象),

隔行掃瞄在很多情況下會感到閃爍;

逐行掃瞄從上到下一行行掃瞄,掃瞄出來的影象清晰無閃爍。

4.畫素:畫面中最小的點(單位色塊)。

5.解析度:長度畫素乘以寬度畫素。

6.工業相機的速度:

面陣相機的速度即幀頻的單位是fps,如25fps表示工業相機在1秒鐘內最多能採集25幀影象。

線陣相機的速度即行頻的單位是khz,如12khz表示線陣工業相機在1秒鐘內最多能採集12000行影象資料。

工業相機的幀頻和行頻受到所用晶元的幀頻和行頻的影響。

7.鏡頭的主要引數:

7.1 焦距(focallength):鏡頭中心點到膠平面上所形成的清晰影像之間的距離,焦距越小,景深越大,畸變越大,漸暈現象越嚴重。

7.2 光圈(lris):用f表示,以鏡頭焦距f和通光孔徑d的比值來衡量 f=d/f,每個鏡頭上都標有最大的f值;

如8mm/f1.4表示最大孔徑直徑為5.7公釐。f值越大光圈越小,景深越深。

7.3 對應最大ccd尺寸:鏡頭成像直徑可覆蓋的最大ccd晶元尺寸,主要有1/2」、2/3」、1」和1」以上。

7.4 介面:鏡頭與相機的連線方式,工業相機常用的包括c介面、cs介面、f介面、v介面、t2介面、m42介面、m50介面等。

7.5 景深:被攝物體聚焦清楚後,在物體前後一定距離內,其影像仍然清晰的範圍。

計算:σ容許瀰散圓直徑,f鏡頭焦距,f光圈值,l物距。

前景深 l1=fσl2/(f2+fσl)

後景深 l2=fσl2/(f2-fσl)

景深 l=l1+l2=2f2*fσ*l2/(f4-f2σ2*l2)

光圈越大景深越小,焦距越長景深越小,拍攝物體越近景深越小。

7.6 鏡頭解析度:以每公釐裡面能夠分辨黑白對線的數量為計量單位:「線對/公釐(lp/mm)」。

解析度(ε)=0.61×λ/n.a.(reyleigh公式)

λ:使用的波長或輻射(λ=0.55µm用於可見光)

n.a.:物鏡數值孔徑

7.7 工作距離:鏡頭第乙個工作面到被測物體的距離。

7.8 視野範圍:相機實際拍到區域的尺寸。

7.9 光學放大倍數:晶元尺寸除以視野範圍,ccd/fov。

7.10 數值孔徑(n.a):與解析度成正比,與放大率成正比,數值孔徑越大,解析度越高。

7.11 後背焦:相機介面平面到晶元的距離

8.視野、焦距的計算:

視野=(鏡頭到物體的距離相機的型號尺寸)/ 鏡頭的焦距f ;可以根據焦距是否可調分為定焦鏡頭和變焦鏡頭。

焦距=(鏡頭到物體的距離*相機的型號尺寸)/ 物體的高度。

9.鏡頭選型:

9.1:選擇鏡頭介面和最大ccd尺寸:鏡頭介面只要可跟相機介面匹配安裝或者可以通過外加轉換介面匹配安裝就可;

鏡頭可支援最大ccd尺寸應該大於等於相機ccd晶元尺寸這樣可以最大化利用相機的像元。

9.2:選擇鏡頭焦距:根據視野的計算公式可以推出鏡頭的焦距,從而選擇合適的焦距。

9.3:選擇鏡頭的光圈:在拍攝高速物體,**時間短的應用中,應該選擇大光圈鏡頭,提高亮度。

9.4:選擇遠心鏡頭:使得到的影象放大倍率不會隨物距的變化而變化。

9.5:選擇光源的角度:不同入射角度的光源影象的效果不同,高角度照射,影象整體較亮,適合表面不反光物體;

低角度照射,影象背景為黑,特徵為白,突出被測物體輪廓及表面凹凸變化;

多角度照射,影象整體效果較柔和,蛇和曲面物體檢測;

背光照射,影象效果為黑白分明的被測物體輪廓,常用於尺寸測量;

同軸光照射,影象效果為明亮背景上的黑色特徵,用於反光厲害的平面物體檢測。

9.6:選擇光源的顏色:使用與被測物體同色系的光會使影象變亮;反之會顯得暗。

9.7:畸變,好的鏡頭畸變小,不過再好的鏡頭,只要相機的解析度特別大,影象外框還是會存在一些畸變。

9.8:選擇解析度,相機的解析度和鏡頭解析度最好匹配。

10.鏡頭分類:

10.1:按照等效焦距分:廣角鏡頭,特點是最小工作距離短,景深大,視角大,常常表現為桶形畸變;

中焦距鏡頭,通常情況下畸變矯正正好;

長焦距鏡頭,工作距離長,放大比大,常常表現為枕形畸變。

10.2:按照功能分:變焦距鏡頭,鏡頭的焦距庫調節,鏡頭的視角,視野可變;

定焦距鏡頭,鏡頭的焦距不能調節,鏡頭視角固定。聚焦位置和光圈可以調節;

定光圈鏡頭,光圈不能調節,通常情況下聚焦也不能調節。

10.3:按用途分類:微距鏡頭,用於拍攝較小的目標具有很大的放大比;

遠心鏡頭:包括物方遠心鏡頭和像方遠心鏡頭以及雙邊遠心鏡頭。

11.光源作用:

11.1照亮目標,提高亮度;

11.2.形成有利於影象處理的成像效果,降低系統的複雜性和對影象處理演算法的要求;

11.3.克服環境光干擾,保證影象穩定性,提高系統的精度、效率.

12.照射方式:

12.1.直射光,入射光基本上來自乙個方向,明亮,射角窄,能投影出物體的陰影,會有光點。

12.2.漫射光,入射光來自多個方向,甚至所有方向,較暗,射角寬,無光點,光斑均勻,不會投影出明顯陰影。

13.反射方式:

13.1.直反射,光線的反射角等於入射角,適合明亮,表面光潔的物體,大多數情況下應避免鏡面反射。

13.2.漫反射,照射到物體上的光從各個方向漫散出去,適合較暗表面粗糙的物體,在大多數實際情況下,漫散光在某個角度範圍內形成,並取決於入射光的角度。

14.視場:

14.1.明視場,採用正面直射光照射形成;

14.2.暗視場主要低角度或背光照明形成,一般來說暗視場會使背景呈黑暗,而被檢測物體呈明亮。

15.光源分類:

15.1.顏色,主要是可見光範圍,白光、紅、藍、綠,紅外等光,紫外光應用較少。

15.2.外形,主要環形光源、環形低角度光源、條形光源、圓頂光源、面光源。

15.3.工作原理,無影光源、同軸光源、點光源、線光源、背光源、組合光源以及結構光源等。

16.照明方式:

16.1.直接照明,光直接射向物體,得到清楚影像,適用於得到高對比度物體影象,當照射在光亮或者反射材料上時,會引起鏡面反光。

直接照明一般採用環狀或者點狀照明,環光可給漫反射表面提供足夠的照明。

16.2.暗場照明,暗場照明是相對於物體表面提供低角度照明。

使用工業相機拍攝鏡子使其在其視野內,如果在視野內能看見光源就認為使亮場照明,相反的在視野中看不到光源就是暗場照明。

因此光源是亮場照明還是暗場照明與光源的位置有關。

典型的,暗場照明應用於對表面部分有突起的部分的照明或表面紋理變化的照明。

16.3.背光照明,從物體背面射過來的均勻視場的光,通過相機可以看到物面的側面輪廓。

背光照明常用於測量物休的尺寸和定物體的方向。背光照明產生了很強的對比度。應用背光技術時候,物體表面特徵可能會丟失。

例如,可以應用背光技術測量硬幣的直徑,但是卻無法判斷硬幣的正反面。

16.4.漫射照明,連續漫反射照明應用於物體表面的反射性或者表面有複雜的角度。

連續漫反射照明應用半球形的均勻照明,以減小影子及鏡面反射。

這種照明方式對於完全組裝的電路板照明非常有用。這種光源可以達到170立體角範圍的均勻照明。

16.5.同軸照明,同軸光的形成–通過垂直牆壁出來的發散光,射到乙個使光向下的分光鏡上,相機從上面通過分光鏡看物體。

這種型別的光源對檢測高反射的物體特別有幫助,還適合受周圍環境產生陰影的影響,檢測面積不明顯的物體。

16.6.偏振片,只允許振動方向平行於其允許方向的光能通過,垂直分量被截止。

16.7.結構光,結構光是一種投影在物體表面的有一定幾何形狀的光(如線形、圓形、正方形)。典型的結構光涉及雷射或光纖。結構光可以用來測量相機到光源的距離。

17.光源選型:

17.1.需要前景與背景更大的對比度?–考慮用黑白相機與彩色光源

17.2.環境光的問題?–嘗試用單色光源,配乙個濾鏡

17.3.閃光曲面?–嘗試用散射圓頂光

17.4.閃光,平的,但粗糙的表面?–嘗試用同軸散射光

17.5.看表面的形狀?–考慮用暗視場(低角度)

17.6.檢測塑料的時候–嘗試用紫外或紅外光

17.7.需要通過反射的表面看特徵?–嘗試用低角度線光源(暗視場)

17.8.組合光源有時也能解決問題

17.9.頻閃能夠產生比常亮照明20倍強的光

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