相机镜头竞品选型的主要参考参数和选型方法

**定义：**镜头与相机的连接方式。

**常见接口：**C、CS、F、V、T2、Leica、M42x1、M75x0.75等。接口类型的不同和镜头性能及质量并无直接关系，只是接口方式的不同，一般可以也找到各种常用接口之间的转接口。C接口和CS接口是工业摄像机最常见的国际标准接口，为1英寸－32UN英制螺纹连接口，C型接口和CS型接口的螺纹连接是一样的，区别在于C型接口的后截距为17.5mm，CS型接口的后截距为12.5mm。所以CS型接口的摄像机可以和C口及CS口的镜头连接使用，只是使用C口镜头时需要加一个5mm的接圈；C型接口的摄像机不能用CS口的镜头。 F接口镜头是尼康镜头的接口标准，所以又称尼康口，也是工业摄像机中常用的类型，一般摄像机靶面大于1英寸时需用F口的镜头。 V接口镜头是著名的专业镜头品牌施奈德镜头所主要使用的标准，一般也用于摄像机靶面较大或特殊用途的镜头。

5.景深（Depth of Field, DOF）

**定义：**在被摄物体聚焦清楚后，在物体前后一定距离内，其影像仍然清晰的范围。

**计算公式：**前景深 ΔL1 = FδL^2 / (f^2 + FδL)后景深 ΔL2 = FδL^2 / (f^2 - FδL)景深 ΔL = ΔL1 + ΔL2δ：容许弥散圆直径 f：镜头焦距 F：镜头的拍摄光圈值L：对焦距离 ΔL1：前景深 ΔL2：后景深 ΔL：景深

**影响因素：**光圈越大：景深越小；光圈越小：景深越大。焦距越长：景深越小；焦距越短：景深越大。拍摄距离越近：景深越小；拍摄距离越远：景深越大。

6.分辨率（Resolution）

**定义：**分辨率代表镜头记录物体细节的能力，以每毫米里面能够分辨黑白对线的数量为计量单位："线对/毫米"（lp/mm）。

**影响因素：**分辨率越高，成像越清晰。

7.工作距离（Working Distance, WD）

**定义：**镜头第一个工作面到被测物体的距离。

**计算方法：**工作距离WD= f(焦距）× CCD芯片尺寸/FOV( H or V)

8. 视野范围（Field of View, FOV）

**定义：**相机实际拍到区域的尺寸。

**计算方法：**视场FOV( H or V) ＝ CCD芯片尺寸( H or V) / 光学倍率

9. 光学放大倍数（Magnification, ß）

**定义：**CCD / FOV，即芯片尺寸除以视野范围。

**计算方法：**光学倍率ß＝CCD芯片尺寸( H or V) / FOV( H or V)

10.数值孔径（Numerical Aperture, NA）

**定义：**数值孔径等于由物体与物镜间媒质的折射率n与物镜孔径角的一半（α/2）的正弦值的乘积。

**计算公式：**N.A. = n * sin(α/2)

**影响因素：**数值孔径越大，分辨率越高。

二、相机介绍及选型方法：

1. 工业相机介绍

工业相机与我们手机或单反相机不同，它们能够在各种恶劣的工作环境中正常工作，如高温、高压、高尘等。工业相机主要分为面阵相机和线阵相机。

**面阵相机：**能够直接获取二维图像信息，适用于大多数应用场景，如生产线检测、尺寸测量等。

**线阵相机：**主要用于检测精度要求很高、运动速度很快的场景，如滚筒检测、高速生产线等。线阵相机的图像通过多次线阵扫描组合形成。

2.工业相机选型

（1）传感器类型：CCD vs CMOS

静态目标：可以选择CMOS相机，成本较低。

动态目标：优先选择CCD相机，成像质量更高。

高速采集：选择CMOS相机，采集速度更快。

高质量图像：选择CCD相机，特别是在小尺寸传感器中，成像质量更优。

（2）接口类型

USB接口：支持热插拔，使用便捷，但CPU占用率高，适合低成本应用。

GigE（千兆以太网）接口：传输距离长（可达100米），带宽高（1Gbps），经济性好，适合工业应用。

CameraLink接口：传输速率高（最高可达6400Mbps），抗干扰能力强，适合高速成像。

CoaXPress接口：传输速率极高（最高可达12.5Gbps），适合超高速成像。

（3）分辨率

**定义：**相机每次采集图像的像素点数，通常用万个为单位表示。

**计算方法：**分辨率 = W × H（宽度 × 高度）

**影响因素：**分辨率越高，成像质量越好，但传输和处理速度可能会降低。

（4）传感器尺寸

**定义：**传感器的物理尺寸，如1/1.8英寸、2/3英寸等。

**计算方法：**传感器尺寸 = 对角线尺寸

**影响因素：**传感器尺寸越大，成像质量越高，但成本也会增加。

（5）像元尺寸

**定义：**传感器上每个像元的实际物理尺寸。

**计算方法：**像元尺寸 = 传感器尺寸 / 分辨率（像元个数）

**影响因素：**像元尺寸越大，感光能力越强，适合弱光成像。

（6）精度

定义：一个像素表示实际物体的大小，用（um × um）/pixel表示。

**计算方法：**单个像素对应大小 = 视野宽 / 宽度分辨率 = 视野高 / 高度分辨率

**影响因素：**精度值越小，精度越高。通常使用背光源的精度为1~3个像素，使用正光源的精度为3~5个像素。

（7）图像分辨率

**定义：**单位距离内的图像用多少个像素来显示，与精度意义相同，只是表示方法不同。

假设像元尺寸大小是2.2μm，搭配0.5x的镜头，在测量22μm的物体时，由于22μm的物经0.5x的镜头后变成11μm的像，所以要用11 μm /2.2 μm =5个pixel来显示，因此，单位距离的像要用11÷2.2/11=1/2.2个像素来显示。即相机图像分辨率为1/2.2 pixel/μm（实际就是像元尺寸的倒数）。从这个推导中我们得出：像元尺寸越小，相机的分辨率越高。

三、镜头选型方法：

1.选择镜头接口和最大CCD尺寸

**接口匹配：**确保镜头接口与相机接口匹配，或可通过转换口匹配。

**CCD尺寸：**镜头可支持的最大CCD尺寸应大于等于选配相机CCD芯片尺寸。

2. 选择镜头焦距

**计算方法：**在已知相机CCD尺寸、工作距离（WD）和视野（FOV）的情况下，可以计算出所需镜头的焦距（f）。

f= WD×CCD尺寸/FOV

3. 选择镜头光圈

**光圈大小：**镜头的光圈大小决定图像的亮度。在拍摄高速运动物体、曝光时间很短的应用中，应选用大光圈镜头，以提高图像亮度。

3.镜头的种类

1>. 定焦镜头

**特点：**焦距固定：成像质量稳定，光学设计优化，成像质量高。

适合精准检测：由于焦距固定，成像质量非常稳定，适合需要高精度和高稳定性的应用。

应用场景：

**·**生产线上的固定距离检测：如零件尺寸测量、瓶盖检测等。

**·**精密测量：如半导体芯片检测、印刷电路板检测等。

2>. 变焦镜头

**特点：**焦距可调：灵活性高，可以通过调整焦距来适应不同的检测距离。

适应多种距离：适用于需要频繁调整检测距离的场景。

应用场景：

**·**多品种产品的检测：如不同尺寸和形状的零件检测。

**·**动态检测：如流水线上的不同位置检测。

3>. 远心镜头

**特点：**减少透视误差：远心镜头通过特殊的光学设计，减少了透视误差，保持图像比例一致。

尺寸测量更准确：适用于需要高精度尺寸测量的场景。

应用场景：

**·**精密尺寸测量：如螺丝、齿轮等小零件的尺寸测量。

**·**高精度检测：如光学元件的检测、精密机械部件的检测。

4>. 微距镜头

**特点：**近距离高清成像：微距镜头可以在非常近的距离内拍摄高清图像，捕捉微小细节。

高分辨率：适用于需要高分辨率和高细节成像的场景。

应用场景：

**·**电子元件检测：如集成电路板、芯片等微小元件的检测。

**·**生物显微成像：如细胞、组织等生物样本的显微成像。

5>. 红外镜头

**特点：**适用于热成像：红外镜头能够捕捉红外辐射，适用于热成像应用。

特殊场合工作：能够在极端环境和特殊场合下工作。

应用场景：

**·**温度检测：如工业设备的温度监测、火灾预警等。

**·**夜视监控：如安全监控、夜间巡逻等。

四、实际案例

1. 相机选型实例（已定镜头选择相机）

已知客户的镜头尺寸为1/3英寸，接口为CS接口，视野大小为12mm × 10mm，要求精度为0.02mm，应选用多大分辨率的相机？

计算方法：

计算短边对应的像素数 E = B / C = 10 / 0.02 = 500 像素

计算相机最小分辨率 E × E = 500 × 500 = 250,000 像素

考虑缺陷检测，通常精度乘以3-4倍，即 250,000 × 4 = 1,000,000 像素

结论：最低需要选择100万像素以上的相机。

2.镜头选型实例（已定相机选择镜头）

实例1：观察范围为30mm × 30mm，工作距离为100mm，CCD尺寸为1/3英寸

计算方法：

CCD尺寸 1/3英寸 = 3.6mm（垂直）

焦距 f = 工作距离 D × 相机传感器短边尺寸 G / 物体宽度 B = 100 × 3.6 / 30 = 12mm

结论：需要选择12mm焦距的镜头。

实例2：条形码识别

目标宽度 = 30 毫米，拍摄距离 = 300 毫米，CCD型号 = 1/4英寸（CCD宽度 = 3.2 毫米）

计算方法：

焦距 f = （300 × 3.2）/ （30 + 32） = 28.9mm

结论：需要选择28.9mm焦距的镜头。

实例3：水果分类

目标高度 = 200 毫米，拍摄距离 = 1000 毫米，CCD型号 = 1/3英寸（CCD高度 = 3.6 毫米）

计算方法：

焦距 f = （1000 × 3.6）/ （200 + 3.6） = 17.7mm

结论：需要选择17.7mm焦距的镜头。

实例4：车牌号码识别

目标宽度 = 600 毫米，拍摄距离 = 10000 毫米，CCD型号 = 1/4英寸（CCD宽度 = 3.2 毫米）

计算方法：

焦距 f = （10000 × 3.2）/ （600 + 3.2） = 53mm

结论：需要选择53mm焦距的镜头。

五、环境因素的重要性

1. 物体反射系数

问题：物体反射可能导致高光，使特征模糊。

解决方法：

使用镜头外壳和遮光罩中的障板。

使用极化或散射光源。

2.光源

问题：光源类型影响图像对比度。

解决方法：

a.使用单色光提高对比度。

b.使用滤镜进行加法或减法处理。

c.根据不同的检测对象和需求来选择合适的光源

条光源：适合高反光表面，提升局部纹理对比度。

线光源：适合表面高度差异的检测，突出边缘。

面光源：提供大面积均匀照明，适合平面检测。

环形光源：适用于多角度需求，从平面到细节增强，广泛适用。

同轴光源：消除表面反射，适合镜面物体。

镜头点光源：适合微小特征的高对比检测。

3. 温度

问题：高温可能导致镜头光学元件热膨胀。

解决方法：选择工作距离较长的镜头。

4. 振动

问题：振动影响图像稳定性。

解决方法：将镜头安装在独立平台上，减少振动。

5. 污染物

问题：污染物可能腐蚀镜头表面。

解决方法：使用极端环境光学（HEO）产品，严格密封光学元件。

六、工业视觉解决方案

工业视觉解决方案包括高性能镜头、工业相机和标准光源。无论是高精度检测、高速成像还是特殊环境下的应用，大多都能为甲方提供最适合的产品。

高性能镜头：从定焦镜头到变焦镜头，从远心镜头到微距镜头，许多模组厂拥有丰富的镜头种类，满足甲方的各种需求。

工业相机：提供多种传感器类型和接口选择，确保甲方的系统在任何环境下都能稳定运行。

标准光源：多种光源类型，如条光源、线光源、面光源等，确保甲方的成像质量达到最佳。