相機(jī)和鏡頭是計算機(jī)視覺中重要的組成部分，合適的相機(jī)和鏡頭決定了系統(tǒng)的好壞。但是大部分的計算機(jī)視覺工程師對如何選擇工業(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)與對應(yīng)的鏡頭。

相機(jī)成像原理

學(xué)過初中物理的同學(xué)肯定不會忘記小孔成像。

凸透鏡成像有幾個關(guān)鍵的點需要記住：

1、物距大于2倍焦距以外，實像；

2、物距等于2倍焦距，實像；

3、物距在1到2倍焦距之間，實像；

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（這里說的是相機(jī)傳感器成像大小）：例如1024pixel 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)，實際上也是每秒拍攝的張數(shù)；

4、像元尺寸：傳感器上一個物理像元的尺寸，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：指平行光入射時從透鏡光心到光聚集之焦點的距離；

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，快門所要打開的時間；

11、視場角：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：傳感器一個像素所代表的實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)適合于高速運動的物體，一般建議40km/h運動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（用來確定相機(jī)的成像尺寸）

有了這兩個參數(shù)，基本上就可以確定相機(jī)的型號了，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，適合低速運動的物體。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、物體運動速度為V(單位：mm/s)

5、景深E(單位：mm)

首先，成像的視場必須大于物體的物理尺寸，例如，市場定為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)計算結(jié)果，就選擇大于這兩個數(shù)據(jù)的相機(jī)尺寸axb；

現(xiàn)在考慮曝光時間，因為這個關(guān)系到成像有沒有拖影;

曝光時間 < 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‘，計算為2A/a）

鏡頭的選擇

有了相機(jī)，沒有鏡頭是不行的。

鏡頭的選擇過程如下：

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），計算出結(jié)果后，就選擇比這個數(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數(shù)，（所以鏡頭的尺寸必須大于這個數(shù)值，要不然在傳感器上成的像就不全）

這幾個參數(shù)確定后就可以選擇鏡頭型號了。

這里要注意，選擇鏡頭的時候，還要注意視場角，（假設(shè)市場大小為2Ax2B）

水平視場角=2*arctg(A/C)

垂直視場角=2*arctg(B/C)

審核編輯：黃飛

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