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技術(shù)文章
工業(yè)相機是機器視覺(jué)系統中的核心器件之一，在為一項應用選擇相機前，需要充分了解相機的各項參數指標，以選出適合應用的工業(yè)相機，實(shí)現檢測優(yōu)解。那么要了解哪些主要參數呢？
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，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。
鏡頭焦距的長(cháng)短與鏡頭拍攝圖片的成像大小成反比。簡(jiǎn)單的說(shuō)，在同樣距離下，焦距越大的鏡頭，拍攝到的畫(huà)面越小。
工業(yè)相機在實(shí)際應用中配備的大多數是固定焦距的，所以在確定鏡頭焦距的時(shí)候，需要了解現場(chǎng)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(chǎng)合會(huì )涉及不同高度被測物的混檢，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(wèn)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(huì )呈現出一個(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(wàn)像素的圖片，大概就是由200萬(wàn)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，分辨率的表達方式如下：
200萬(wàn)攝像頭的分辨率 = 1626 x 1236
這個(gè)說(shuō)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(lái)的圖像合計2009736個(gè)像素，約等于200萬(wàn)。
檢測精度的簡(jiǎn)單評估方法如下：
檢測精度=圖像的X軸實(shí)際尺寸/X軸的像素點(diǎn)數量
例如一個(gè)被測物，X軸的尺寸是100mm，如果用200萬(wàn)攝像頭去拍照檢測（假設工件鋪滿(mǎn)畫(huà)面，不存在空白區域），那么此時(shí)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(shí)的簡(jiǎn)單精度評估，實(shí)際的檢測精度會(huì )受到很多外在因素的影響，包括被測物移動(dòng)速度，光線(xiàn)干擾，工件外形一致性，特征對比度等。
景深（ Depth Of Field）
景深是個(gè)非常有趣的現象，日常生活中經(jīng)常會(huì )遇到，看看下面這張圖：
當鏡頭聚焦點(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(cháng)，景深越??；焦距越短，景深越大。
距離：距離越近，景深越??；距離越遠，景深越大。
一個(gè)有趣的現象，當你想看清一個(gè)物體的時(shí)候，是不是習慣瞇起眼睛？
曝光時(shí)間（Exposure Time）
曝光時(shí)間是從相機快門(mén)打開(kāi)后，CCD感光芯片獲取外部光線(xiàn)的持續時(shí)間。
打個(gè)比方，如果把CCD感光芯片比作一個(gè)水池，相機快門(mén)比作水池入水口的閥門(mén)，那么曝光時(shí)間指的就是閥門(mén)持續打開(kāi)的時(shí)間。閥門(mén)打開(kāi)時(shí)間越長(cháng)，進(jìn)入水池的水就越多。同理，相機的曝光時(shí)間越長(cháng)，CCD感光芯片獲取到的光線(xiàn)就越足，圖像就越亮。
調節曝光時(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(guò)暗或過(guò)亮，影響被測物特征與背景的對比度
相機檢測時(shí)間包含了圖像的曝光時(shí)間，所以曝光時(shí)間與檢測效率息息相關(guān)
運動(dòng)檢測的場(chǎng)合，曝光時(shí)間過(guò)長(cháng)會(huì )造成圖像虛影，影響檢測精度
曝光時(shí)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(guò)程中，相機和被測物的抖動(dòng)都會(huì )造成圖像虛影，這里思考兩個(gè)問(wèn)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(lái)解釋?zhuān)压饩€(xiàn)進(jìn)入到相機的CCD感光芯片比作是水滴持續落在紙張表面上。
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，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，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(xiàn)，而這些多出來(lái)的點(diǎn)和線(xiàn)就是相機成像上的虛影，曝光時(shí)間越長(cháng)，虛影就越嚴重。
家用相機很多人喜歡用自動(dòng)模式拍照，白天因為光線(xiàn)充足，相機拍照的快門(mén)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(huà)面的虛影幾乎看不出來(lái)。但是到了夜晚，為了獲得足夠的曝光度，相機會(huì )將快門(mén)速度自動(dòng)調慢，延長(cháng)曝光時(shí)間，于是圖像虛影就明顯了很多。
很多攝影愛(ài)好者常常會(huì )利用長(cháng)曝光時(shí)間來(lái)拍攝一些唯美的圖像，如下圖：
但是工業(yè)檢測上，必須盡可能的規避虛影產(chǎn)生，所以會(huì )參考下列公式來(lái)計算相機拍照的最大曝光時(shí)間：
物體的運動(dòng)速度 × 曝光時(shí)間 = 相機視野 / 相機分辨率
這個(gè)公式的含義是：在相機的曝光時(shí)間之內,被測物所走過(guò)的距離不能超過(guò)一個(gè)像素所對應的長(cháng)度。
綜上所述，了解相機成像的相關(guān)特性，可以讓工業(yè)相機獲得最佳的圖像效果，從而提高整體系統的檢測性能。
END
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