机器视觉硬件选型 案例一则

黄杰, 2016-05-16
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本文案例来源于大恒图像的「镜头产品型录」，加入个人理解和演绎。最初发布于公司内部 Wiki。

博客近期较少更新的原因是部分技术文章不便对外公开，写到公司 Wiki 中了。生活方面，一直在赶路，也没能阶段自省记录。

问题：要求对一个边长为 100 mm 的黑白方形物体拍摄，系统的分辨率（我们往往称为「（系统整体的）精度」）小于 0.1 mm，相机到物体的距离在 200 ~ 400 mm，要求选择合适的相机和镜头。

分析：

• 物体是方的，但是相机内的感光元件的形状往往是矩形的，需要根据其最短边来计算分析
• 系统的分辨率要求小于 0.1 mm，因此感光元件的最短边拥有的像素数目要大于 1000
  • 物体的边长 / 整体精度：100 mm / 0.1 mm = 1000
• 距离在 200 ~ 400 mm，假定物距是 260 mm
• 物体是黑白色，选用黑白相机即可

方案 1

选择的某相机主要参数。

我们倒推来分析参数是否匹配。

• 系统的放大倍率 β = 6.6 / 100 = 0.066，感光元件短边尺寸 / 物体边长
• 可分辨的景物精度 = 0.00645 / 0.066 = 0.098 mm < 0.1 mm，满足要求；分辨精度 = 单个像素大小 / 系统放大倍率
• 该感光元件的空间极限分辨率是 1 / (2 X 0.00645) = 77.5 lp/mm，大于系统像面的最低分辨率（1 / (2 X 0.1 X 0.066) = 76 lp/mm）
  • 感光元件的空间极限分辨率的计算公式，1 / (2 * 单个像素大小)
  • 系统像面的最低分辨率 = 1 / (2 * 整体精度 * 放大倍率)

选择镜头需要满足：

• 镜头焦距 f = l / ( 1 + 1 / β) = 260 / ( 1 + 1 / 0.066) = 16.1 mm
• 镜头的空间极限分辨率，需要略大于感光元件的空间极限分辨率（本例是 77.5 lp/mm）；经验数据如下

可选择 Computar M1614-MP2

方案 2

选择的某相机主要参数。

• 放大倍率 = 4.8 mm / 100 mm = 0.048
• 可分辨的景物精度 = 0.00465 / 0.048 = 0.096875 mm < 0.1 mm
• 该感光元件的空间极限分辨率是 1 / (2 X 0.00465) = 107.5 lp/mm，大于系统像面的最低分辨率 1 / (2 X 0.1 X 0.048) = 104 lp/mm

选择镜头需要满足：

• 镜头焦距 f = l / ( 1 + 1 / β) = 260 / ( 1 + 1 / 0.048) = 11.9 mm

可选择 KOWA LM12JCM。

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