光學人生
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1. 相機基礎知識
按感光器件類型可分為2大類,CCD器件和CMOS器件
CCDCMOS
設計單一感光器,集中統(tǒng)一放大每個感光器連接放大器
靈敏度同樣面積下,感光開口小靈敏度底
成本線路品質(zhì)影響程度高,成本高CMOS整合集成,成本低
解析度連接復雜度低,解析度高新技術解析度高
噪點比單一放大,噪聲低放大器多,特性不一致,噪點高
功耗比需外加電壓,功耗高直接放大,功耗低
按用處分類可分為視覺相機和安防監(jiān)控相機兩大類
機器視覺安防監(jiān)控
觸發(fā)采集模式含有觸發(fā)采集接口無觸發(fā)采集接口
分辨率從高到低都有, 很豐富一般較低
程序接口有完善的程序開發(fā)庫, 尤其對圖像捕捉功能支持很齊全一般只有連續(xù)視頻捕捉功能
價格貴很便宜
數(shù)據(jù)傳輸接口各種類型都有: USB, 千兆以太網(wǎng), Cameralink, 1394目前以模擬接口為主, 數(shù)字接口較少
按感光單元排列方法分為線陣掃描相機和面陣掃描相機
線陣相機面陣相機
結構特點結構簡單, 在同等分辨率下的成本較低結構復雜,在同等條件下成本高
應用場合勻速運動的物體,如工業(yè)流水線可以使靜止的, 也可以是運動的
分辨率512, 2K, 4K/行
640x480, 800x600, 1024x768, ...2048x1536或者更高
光源光源只需要一窄條,這個畫面比較均勻, 能在低照度下工作整個面的光源較難做到均勻,照度要求高
彩色相機形式三線CCD,或者棱鏡分光彩色濾光膜, bayer算法
按彩色形成方式:
2: 鏡頭基礎知識
鏡頭外形
機器視覺常用定焦鏡頭，并且都是手動調(diào)整光圈，一般不允許自動調(diào)整光圈，鏡頭上有調(diào)焦和調(diào)光圈兩個環(huán)，為了防止誤碰動
，工業(yè)鏡頭的兩個環(huán)都有鎖定螺絲。
注意調(diào)焦環(huán)不是用來調(diào)整焦距，而是調(diào)整像距，保證清晰圖像落在焦平面上
常用鏡頭參數(shù)：焦距
焦距是鏡頭最常用的參數(shù)，我們包裝檢測系列產(chǎn)品中使用的鏡頭有3.5mm,4mm,6mm,8mm,12mm等多種規(guī)格(1/3”CCD的標準鏡頭為8mm)。
除雜系列產(chǎn)品一般都使用28mm的廣角鏡頭(線掃描相機的標準鏡頭大概是40mm左右)。
焦距越小的鏡頭越不好做，價格越高，邊緣變形等問題越大，所以盡量選用標準鏡頭，性價比最高
常用鏡頭參數(shù)：光圈
光圈是一個用來控制光線透過鏡頭，進入機身內(nèi)感光面的光量的裝置
光圈f值 = 鏡頭的焦距 / 鏡頭口徑的直徑
根據(jù)公式，光圈f值愈小，在同一單位時間內(nèi)的進光量便愈多 ，每級光圈一般以倍數(shù)遞增，例如f8調(diào)整到f5.6 ，進光量多一倍
光圈越小，景深越大
增加景深的問題
在我們的產(chǎn)品里，往往要求加大景深，例如除雜機里，煙葉不完全在同一個平面上，只有加大景深才能讓不同距離上的煙葉都清晰。
加大景深只有通過縮小光圈來實現(xiàn)，而縮小光圈同時會導致圖像變暗，這就要求照明亮度要提高
常用鏡頭參數(shù)：分辨率
鏡頭分辯率指的是在像平面處1毫米內(nèi)能分辨開的黑白相間的線條對數(shù)，單位是“ 線對 / 毫米”。
條包檢測器上用computar MP0814-MP鏡頭，是百萬象素級的鏡頭,分辨率為100線對/mm，這個分辨率較高。其實除了視覺測量，其實我們的產(chǎn)品一般都不用這么高的分辨率
CCD的芯片的分辨率越高，要求的鏡頭的分辨率也越高
常用鏡頭參數(shù)：變形率
變形率的定義：
兩張底片比較，一張是該鏡頭拍的底片（底片1），另一張是無變形的標準底片（底片2），兩張底片的取景相同，中心嚴格一致，先在底片1上確定一點到底片中心點的距離（距離1），然后在底片2上找到對應的該點，并度量該點到中心點的距離（距離2），然后：（距離1 - 距離2） / 距離2 *100%
所有的鏡頭都存在有變形的現(xiàn)象，可以用一個網(wǎng)格線模板進行測試，一般情況下，越是焦距短的鏡頭，越是變形率大
變形率小于2%都是不錯的鏡頭。
C接口和CS接口
C接口：鏡頭基準面到焦平面（也就是CCD靶面）為17.526mm
CS接口：鏡頭基準面到焦平面（也就是CCD靶面）為12.5mm
注意：機械設計如何確定焦平面（也就是CCD靶面），一般就是從相機鏡頭接口往后量12.5mm或者17.526mm（根據(jù)相機接口類型定）
3: 光路計算
CCD成像基礎共式
CCD光路計算規(guī)律
在我們的計算中， 一般有如下規(guī)律
u >> f：
像距v近似等于焦距f：由于物距u>>焦距f，根據(jù)公司，所以物距基本等于焦距，事實上，調(diào)焦的過程就是將像距微調(diào)和焦距基本相差不遠
鏡頭中心點的確認：由于v近似等于f，所以，從CCD靶面向前焦距距離就是鏡頭中心點，這個點的缺點對于我們光路作圖意義很大
視場角和鏡頭中心點
視角 = 2 arctag(CCD靶面尺寸/2V)
由于V近似等于f, 所以視角近似等于2arctag(CCD靶面尺寸/2f）
鏡頭中心的位置大致就在靶面向前f的距離上
視場角的進一步知識
視角與鏡頭、CCD尺寸均相關，
對于1/3寸CCD的視角
2.8mm3.5mm4mm4.8mm6mm8mm
86.3度67.4度62度52.2度42.3度32.6度
標準鏡頭是指和人眼有效視角差不多的鏡頭（大約30度），1/3英寸CCD的標準鏡頭是8mm，1/2英寸CCD的標準鏡頭是12mm。
以前35mm膠卷的照相機標準鏡頭是50mm，除雜機用的線陣相機標準鏡頭大致為40mm，標準鏡頭比較容易制造，性價比也比較高。
光路作圖步驟1
查CCD手冊得到靶面尺寸和位置,并在CAD圖上畫出靶面的位置
從靶面向前f(鏡頭的焦距,例如35mm)找到鏡頭中心點
連線即可得到CCD的視野范圍
如果視野不滿足要求,可通過更換不同焦距的鏡頭來達成目標
光路作圖步驟2
如果視頻柜的空間不夠,可以采用反光鏡來調(diào)整相機實際位置,作圖時,以反光鏡為中軸做鏡像影射即可
鏡子的兩端應該超出視場角線兩端一小段距離, 保證視野內(nèi)全是反光鏡的成像
相機不能出現(xiàn)在視角范圍內(nèi), 否則會阻擋相機的視野
反光鏡鏡面不宜朝上, 否則容易落灰, 如果一定需要朝上, 必須做個外殼將相機和反光鏡封在同一個密閉體內(nèi).
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