一、前言
准确的完成相机选型是一个视觉工程师必备的技能,而选型前必须对其内部参数了如指掌。工业相机是一种比较复杂的产品,其参数很多,每个参数可能会有不同的标准,下面对主要的参数会做比较详细的阐述。
二、参数详述
2.1 相机分辨率与像元
分辨率作为相机的基本参数之一,是指传感器(CCD或CMOS)芯片靶面排列的像元数量。这里讲一下像元(像素)的概念:物理概念上像元是指芯片上的感光元件或光敏元件,其尺寸为芯片尺寸/对应方向的像素数。
例如1/2inch芯片对角线为8mm,对应勾股定理,长宽尺寸为6.4mm、4.8mm,分辨率为1600*1200,故其像元长度尺寸为6.4/1600=4um。这里需要和图像尺寸做出区分,由于镜头放大倍数的原因,图像像素的大小应该为放大倍数 * 像元尺寸,如果倍数为40,那么像素大小为0.16mm。
面阵相机的分辨率用水平和垂直分辨率表示,如:1280(宽)x 960(高);线阵相机的分辨率通常表示为多少K,如1K(1024),表示一行由1024个像元。在对同样大的物体成像时,分辨率越高,能够显示更多细节。
DPI和PPI的区别:
DPI(dots per inch)最初用于衡量打印物上每英寸的点数密度,就是说你的打印机可以在一英寸内打多少个点。DPI值越小图片越不精细,此概念也适用于鼠标。
PPI (Pixel Per Inch) 是指液晶屏幕上每英寸像素点的数量。
27″Mac的PPI是109,意思是每英寸有109个像素。显示器宽度(含边框)为25.7英寸,屏幕纯宽度差不多23.5英寸,所以23.5×109 ≈2560,由此可知屏幕的分辨率为2560×1440。
2.2 线性度和重复精度
线性度是指相机的测量结果和理想值保持线性关系的一种度量。
就在规定条件下,传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏差(ΔYmax)与满量程输出(Y)的百分比,称为线性度(线性度又称为“非线性误差”),该值越小,表明线性特性越好。表示为公式如下:
δ=ΔYmax/ Y*100%
重复精度是指在一个确定的测量点位置上,每次被测量的量变化到这个位置时表现出来的测量差值。
2.3 视场
相机视场(FOV)或者视野范围是指摄像头能够观察到的最大范围,可分为近场,中场,远场,通常以角度来表示,视场越大, 观测范围越大。一般情况下,视场越大,焦距越短。举个例子:
镜头焦距50 mm,视场为 23°左右。
镜头焦距75 mm,视场为 14°左右。
视场角的计算:
水平视场角a=2arctg(靶面宽/(2焦距))
垂直视场角b=2arctg(靶面高/(2焦距))
工作距离是指相机镜头到被摄物体的直线距离,最佳的工作距离在视场的中心。
测量范围是指近场边缘到远场边缘的距离。
2.4 帧率
帧率表示面阵相机每秒采集的图像数,线阵为行频。帧率越高, 采集速度越快。
相机的帧率是下面 4 个因素决定的:
- 帧读出时间: 即 Frame Readout。图像高度越小,读出所需的时间越小,则帧率越高。
- 曝光时间: 在一定曝光时间范围内, 曝光时间越小,帧率越高。
- 带宽: 带宽越大能支持传输的帧率越高。
- 图像格式: 不同像素格式所占的字节数有所差别。 同样环境下,像素格式所占的字节数越多,相机帧率越低。
2.5 触发信号
相机分为内触发和外触发两种模式,内触发就是以用户所设定的频率进行扫描,但不超过最大扫描频率;外触发是:以外部信号源所给的的信号频率进行扫描,其中注意事项如下:
- 编码器:需使用编码器来提供信号。
- IO 触发:需给XXV 的上升沿或者下降沿(数字电平从低电平(数字“0”)变 为高电平(数字“1”)的那一瞬间(时刻)叫作上升沿。)
2.6 线间隔与扫描频率
线间隔一般为激光三角相机参数,是指传感器接收到的触发信号间隔。扫描频率是指单位时间内传感器获取的最大轮廓线的数量。一般扫描范围越大,曝光值越大,扫描频率越低。