一、相機(jī)成像原理如圖所示：

注：
1）當(dāng)物距為無窮遠(yuǎn)時(shí)，像距等于焦距，成像在焦平面上；
2）當(dāng)物距為無窮無與兩倍焦距之間時(shí)，像距在焦距與兩倍焦距之間，成縮小的實(shí)像；
3）當(dāng)物距等于兩倍焦距時(shí)，像距與物距相等，此時(shí)物像等大；
4）當(dāng)物距小于兩倍焦距并大于焦距時(shí)，像距大于兩倍焦距，成放大的實(shí)像；
5）當(dāng)物距等于焦距時(shí)，像距為無窮大，物上的光線經(jīng)透鏡后為平行光線，不成像；?
6）當(dāng)物距小于焦距時(shí)，像距為負(fù)值，即在物的同側(cè)成虛像。

二、線陣相機(jī)與面陣相機(jī)的區(qū)別：

1. 線陣相機(jī)適合于高速運(yùn)動(dòng)的物體，一般建議40km/h運(yùn)動(dòng)的物體可以采用線陣相機(jī)拍攝。

2. 面陣相機(jī)的選擇要稍微復(fù)雜一點(diǎn)，適合低速運(yùn)動(dòng)的物體。一般建議40km/h。

三、相機(jī)參數(shù)說明

1. 曝光
           工業(yè)相機(jī)工作過程中曝光(Exposure)是圖像傳感器進(jìn)行感光的過程。在曝光過程中,CCD/CMOS收集光子并轉(zhuǎn)換成電荷，也就是電荷的積累。曝光時(shí)間是指相機(jī)從快門打開到關(guān)閉的時(shí)間間隔，曝光時(shí)間短，電荷積累的就少;曝光結(jié)束后,CCD/CMOS通過一定的方式將電荷移出，從光曝光對(duì)照片質(zhì)量的影響很大,如果曝光過度,則照片過亮,失去圖像細(xì)節(jié);如果曝光不足,則照片過暗,同樣會(huì)失去圖像細(xì)節(jié)?？刂破毓饩褪强刂瓶偟墓馔?也就是曝光過程中到達(dá)CCD/CMOS表面的光子的總和。 在不過曝的前提下，增加曝光時(shí)間可以增加信噪比，使圖像清晰。當(dāng)然，對(duì)于很弱的信號(hào)，曝光也不能無限增加，因?yàn)殡S著曝光時(shí)間的增加，噪音也會(huì)積累， 曝光補(bǔ)償就是增加拍攝時(shí)的曝光量。總之，曝光即曝光時(shí)間控制，控制感光元件上總的光通量。曝光越大，光通量越大。
   
   工業(yè)相機(jī)常見的曝光方式有幀曝光（global shutter）和行曝光（rolling shutter）。
   幀曝光是指?jìng)鞲衅麝嚵兄兴邢袼赝瑫r(shí)曝光，曝光周期由預(yù)先設(shè)定的快門時(shí)間確定。這種曝光方式的相機(jī)適合拍攝運(yùn)動(dòng)物體，圖像不會(huì)偏移，不會(huì)失真。
   
   行曝光是指同一行上的像素同時(shí)曝光，不同行的曝光起始時(shí)間不同，每行的曝光時(shí)間是相同的，行間的延遲不變。這種曝光方式的相機(jī)適用于拍攝靜止的物體，拍攝運(yùn)動(dòng)物體，圖像會(huì)偏移。
   

2. 分辨率
           相機(jī)的傳感器sensor是有許多像素點(diǎn)按照矩陣的形式排列而成，分辨率就是以水平方向和垂直方向的像素來表示的。分辨率越高，成像后的圖像像素?cái)?shù)就越高，圖像就越清晰。
           例如：一個(gè)相機(jī)的分辨率是1280（H）×1024（V），表示每行的像元數(shù)量是1280，每列的像元數(shù)量是1024，此相機(jī)的分辨率是130萬像素。在對(duì)同樣大小的視場(chǎng)成像時(shí)，分辨率越高，對(duì)細(xì)節(jié)的展示越明顯。常用的工業(yè)面陣相機(jī)分辨率有130萬、200萬、500萬等；對(duì)于線陣相機(jī)而言，分辨率就是傳感器水平方向上的像素?cái)?shù)，常見有1K、2K、6K等。
           在相機(jī)分辨率的選型上，要根據(jù)我們的項(xiàng)目需求而定，并不一定是分辨率越高就越好，分辨率高帶來的圖像數(shù)據(jù)量就大，后期的算法處理復(fù)雜度就高，而且一般分辨率大的相機(jī)，幀率一般都不會(huì)太高。

3. 增益
           增益一般只是在信號(hào)弱，但不想增加曝光時(shí)間的情況下使用，一般相機(jī)增益都產(chǎn)生很大噪音。曝光時(shí)間短，CCD/CMOS上電荷的積累就少，這時(shí)候就需要增益加強(qiáng)；反之，增益要減弱。
   總結(jié)：增益控制感光靈敏度，高增益代表高靈敏度，對(duì)低光照越靈敏，可以增加昏暗圖像的亮度和對(duì)比度，提高成像質(zhì)量。但同時(shí)也會(huì)對(duì)噪聲進(jìn)行發(fā)大，降低信噪比。
   

4. 幀率
           每秒能拍攝的圖像張數(shù)，這往往和傳感器芯片和數(shù)據(jù)輸出接口帶寬有關(guān)。根據(jù)項(xiàng)目需求，對(duì)于拍攝運(yùn)動(dòng)物體，建議選取高幀率相機(jī)，具體幀率數(shù)要根據(jù)拍攝精度來確定。一般來說分辨率越高，幀數(shù)越低。

5. 行頻：
          線陣工業(yè)相機(jī)的速度即行頻的單位是KHz。比如：12KHz表示線陣工業(yè)相機(jī)在1秒鐘內(nèi)最多能采集12000行圖像數(shù)據(jù)。

6. 尺寸
   1）像元尺寸：像元尺寸就是每個(gè)像素的面積。單個(gè)像素面積小，單位面積內(nèi)的像素?cái)?shù)量多，相機(jī)的分辨率增加，有利于對(duì)細(xì)小缺陷的檢測(cè)和增大檢測(cè)視場(chǎng)。隨著像素面積的縮小，滿阱能力（每個(gè)像素能夠儲(chǔ)存的電荷數(shù)量）也隨之減小，造成相機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的降低。
   
   2）傳感器尺寸：像元尺寸乘以分辨率就是傳感器尺寸，它是以有效面積（寬x高）或以對(duì)角線大?。ㄓ⒋纾﹣肀硎镜模Ｒ姷膫鞲衅鞒叽缛缦拢?br>
   傳感器尺寸越大，一定程度上表示相機(jī)可容納像素個(gè)數(shù)越多，成像的畫幅越大。
   3）靶面尺寸：傳感器成像的大小；
   4）相機(jī)尺寸列表：
   

7. 和鏡頭的接口：在選型時(shí)一定要考慮相機(jī)與鏡頭的接口對(duì)應(yīng)問題，相機(jī)與鏡頭的接口必須保證一致，不然就無法安裝。C型接口的后截距為17.5mm，CS型接口的后截距為12.5mm。因此CS型接口的工業(yè)相機(jī)使用C口鏡頭時(shí)需要加一個(gè)5mm的接圈。C型接口的工業(yè)相機(jī)不能用CS口的鏡頭。
   F接口鏡頭是尼康鏡頭的接口標(biāo)準(zhǔn)，所以又稱尼康口，也是工業(yè)工業(yè)相機(jī)中常用的類型，一般工業(yè)相機(jī)靶面大于1英寸時(shí)需用F口的鏡頭。
   V接口鏡頭是著名的專業(yè)鏡頭品牌Schneider(施奈德)鏡頭所主要使用的標(biāo)準(zhǔn)，一般也用于工業(yè)相機(jī)靶面較大或特殊用途的鏡頭。

8. 像素深度：
   像素深度是指每個(gè)像素用多少比特位表示。通常，每個(gè)像素的比特位數(shù)多，表達(dá)圖像細(xì)節(jié)的能力強(qiáng)，這個(gè)像素的顏色值更加豐富、分的更細(xì)，顏色深度就更深。一般像素深度有1位、8位、16位、24位和32位。
   1位像素深度就是有二進(jìn)制來表示，也叫單色顯示。
   8位像素深度是最常見的，用8個(gè)二進(jìn)制位來表示顏色，能表示256種顏色，這種就是常說的灰度顯示。
   16位是用16個(gè)二進(jìn)制位來表示，能表示65536種顏色，這時(shí)就可以彩色顯示啦。
   24位和31位則表達(dá)的顏色信息就會(huì)更加的豐富。
   分辨率和像素深度共同決定了圖像的大小。例如對(duì)于像素深度為8bit的500萬像素，則整張圖片應(yīng)該有500萬*8/1024/1024=37M（1024bit=1KB，1024KB=1M）。增加像素深度可以增強(qiáng)測(cè)量的精度，但同時(shí)也降低了系統(tǒng)的速度，并且提高了系統(tǒng)集成的難度（線纜增加，尺寸變大等）。

9. 輸出接口：有USB輸出接口、網(wǎng)口等
   

10. 白平衡：平衡RGB三個(gè)通道的亮度值，使圖像達(dá)到一個(gè)比較好的亮度情況，當(dāng)打光不太好的時(shí)候，使用白平衡，可以改善圖像亮度不均勻情況，對(duì)應(yīng)halcon算子是equ_hiso_image——直方圖均衡化

11. 拖影：拍攝運(yùn)動(dòng)圖像時(shí)，同一物體，在圖片上重復(fù)成像的現(xiàn)象。
    
    如何計(jì)算曝光時(shí)間，保證運(yùn)動(dòng)物體不產(chǎn)生拖影：
    在拍攝高速運(yùn)動(dòng)物體的場(chǎng)合，選擇幀曝光的相機(jī)后，還需要計(jì)算相機(jī)的曝光時(shí)間，以使圖像不產(chǎn)生拖影，理論的計(jì)算原則是：運(yùn)動(dòng)物體在相機(jī)芯片上所成的像，在曝光時(shí)間內(nèi)，移動(dòng)的距離不超過一個(gè)像元尺寸。
           
    例如：物體運(yùn)動(dòng)速度是150mm/s，沿芯片水平方向運(yùn)動(dòng)，相機(jī)是1/2”芯片（6.4mm×4.8mm），分辨率為1280*1024
           視場(chǎng)水平方向長(zhǎng)度是20mm，像元尺寸是4.8μm，計(jì)算成像時(shí)不產(chǎn)生拖影的曝光時(shí)間。
           首先計(jì)算出像的運(yùn)動(dòng)速度，放大倍數(shù)為6.4mm/20mm=0.32，所以像的運(yùn)動(dòng)速度是0.32×150 mm/s=48mm/s；
           根據(jù)計(jì)算原則，（曝光時(shí)間）×48mm/s=4.8μm，所以曝光時(shí)間為0.0001s，曝光時(shí)間設(shè)置為100μs即可。

四、相機(jī)選型

       首先要弄明白的是自己的檢測(cè)任務(wù)，是靜態(tài)拍照還是動(dòng)態(tài)拍照、拍照的頻率是多少、是做缺陷檢測(cè)還是尺寸測(cè)量或者是定位、產(chǎn)品的大小（視野）是多少、需要達(dá)到多少精度、所用軟件的性能、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境情況如何、有沒有其它的特殊要求等。如果是動(dòng)態(tài)拍照，運(yùn)動(dòng)速度是多少，根據(jù)運(yùn)動(dòng)速度選擇最小曝光時(shí)間以及是否需要逐行掃描的相機(jī)；而相機(jī)的楨率（最高拍照頻率）跟像素有關(guān)，通常分辨率越高楨率越低，不同品牌的工業(yè)相機(jī)的楨率略有不同；根據(jù)檢測(cè)任務(wù)的不同、產(chǎn)品的大小、需要達(dá)到的分辨率以及所用軟件的性能可以計(jì)算出所需工業(yè)相機(jī)的分辨率；現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境最要考慮的是溫度、濕度、干擾情況以及光照條件來選擇不同的工業(yè)相機(jī)。下面簡(jiǎn)單看幾個(gè)例子：

合適的分辨率:

1. 已知客戶的鏡頭的尺寸是1/3,接口是CS接口，視野大小為12* 10mm，要求精度0.02mm/pixel，則應(yīng)該選用多大分辨率相機(jī)？
   解：
   (12/0.02)* (10/0.02)=30萬像素，但是如果是缺陷檢測(cè)通常不會(huì)只用一個(gè)像素表示一個(gè)精度，而是乘以3-4倍，即(12/0.02)3 (10/0.02)*3=480萬像素。最低不少于480萬像素。
   注：12/0.02：表示在12這個(gè)方向，需要用多少像素表示，才能達(dá)到1個(gè)像素代表0.02mm的這樣一個(gè)精度。
   10/0.02：同上
   通過上面的參數(shù)也可求出鏡頭的焦距（鏡頭選型參考），但注意：
   ①鏡頭的分辨率一定要大于相機(jī)的分辨率，否則鏡頭分辨率低了，相機(jī)分辨率是千萬像素也沒用。
   ②鏡頭的靶面尺寸也就是視野范圍>=CCD的靶面尺寸，否則會(huì)出現(xiàn)黑邊。
   例：
   
   1）鏡頭的靶面尺寸也就是視野范圍>CCD的靶面尺寸，則顯示的圖像會(huì)是藍(lán)色部分；
   2）鏡頭的靶面尺寸也就是視野范圍=CCD的靶面尺寸，則顯示的圖像會(huì)是紅色部分；
   3）鏡頭的靶面尺寸也就是視野范圍<CCD的靶面尺寸，則顯示的圖像會(huì)是黃色部分（紅色部分+黑邊）；

合適的鏡頭：

        選擇的鏡頭的支持CCD尺寸要大于等于相機(jī)CCD傳感器芯片的尺寸，另外安裝座是C、CS或F型接口也要匹配，同時(shí)考慮鏡頭的工作距離，是否留有足夠空間等。
       

足夠的相機(jī)幀率：

       當(dāng)被測(cè)物體有運(yùn)動(dòng)要求時(shí)，要選擇幀數(shù)較高的工業(yè)相機(jī)，一般來說CCD分辨率越高，幀數(shù)越低。

       
總結(jié)：相機(jī)的選型一般需要確定：①精度滿足要求；②確定色彩要求；③曝光時(shí)間，如何拍攝運(yùn)動(dòng)的物體；④幀率\數(shù)據(jù)接口；⑤芯片尺寸；⑥鏡頭接口；⑦其他相關(guān)