原创工业摄像机主要参数以及工业镜头基本概念

 2009-1-10 23:03  2979 6 6 分类: FPGA/CPLD

摄像机是机器视觉系统中的一个关键组件，其最本质的功能就是将光信号转变成为有序的电信号。选择合适的摄像机也是机器视觉系统设计中的重要环节，摄像机的不仅是直接决定所采集到的图像分辨率、图像质量等，同时也与整个系统的运行模式直接相关。

　　主要参数

　　1. 分辨率（Resolution）：摄像机每次采集图像的像素点数（Pixels），对于数字摄像机一般是直接与光电传感器的像元数对应的，对于模拟摄像机则是取决于视频制式，PAL制为768*576，NTSC制为640*480。

　　2. 像素深度（Pixel Depth）：即每像素数据的位数，一般常用的是8Bit，对于数字摄像机一般还会有10Bit、12Bit等。

　　3. 最大帧率（Frame Rate）/行频（Line Rate）：摄像机采集传输图像的速率，对于面阵摄像机一般为每秒采集的帧数（Frames/Sec.），对于线阵摄像机为每秒采集的行数（Hz）。

　　4. 曝光方式（Exposure）和快门速度（Shutter）：对
于线阵摄像机都是逐行曝光的方式，可以选择固定行频和外触发同步的采集方式，曝光时间可以与行周期一致，也可以设定一个固定的时间；面阵摄像机有帧曝光、
场曝光和滚动行曝光等几种常见方式，数字摄像机一般都提供外触发采图的功能。快门速度一般可到10微秒，高速摄像机还可以更快。

　　5. 像元尺寸（Pixel Size）：像元大小和像元数（分辨率）共同决定了摄像机靶面的大小。目前数字摄像机像元尺寸一般为3μm-10μm，一般像元尺寸越小，制造难度越大，图像质量也越不容易提高。

　　6. 光谱响应特性（Spectral Range）：是指该像元传感器对不同光波的敏感特性，一般响应范围是350nm－1000nm，一些摄像机在靶面前加了一个滤镜，滤除红外光线，如果系统需要对红外感光时可去掉该滤镜。

工业镜头基本概念

转载 http://www.vasin.com.cn/mvchs/Article/CPZSH/Index.html

焦距

　　镜
头的焦距以毫米为计量单位,它与镜头所获得的观察视角互为因果,小焦距镜头具有大的观察视角,而长焦距镜头具有望远效果并具有窄小的观察视角.通常把和人
眼的观察视角相似的镜头称作普通标准镜头.COMPUTAR的计算尺是一个估算焦距,被观察物体外形尺寸以及视角的便利工具,此外VM300取景器也是另
一款用于选择焦距的光学设备

镜头规格

　　摄
像机映像传感器（CCD）的规格大小也影响着观察视角，在使用相同的条件下，CCD越小所获取的视角越小。对镜头的规格参数提出的要球是其所成图像能传感
器（CCD）全部覆盖，例如：使用和摄像机同一规格的镜头或比摄像机规格大的镜头。这也意味着1/3”规格的摄像机可以使用1/3”~1”整个范围内的镜
头，该摄像机配接1/3”8mm的镜头所得到的观察视角是一样的。只是由于使用后一种镜头时由于更多地利用了成型更精确镜头中心光路，所以可提供较好的图
像质量和较高分辨率。

光圈值

　
　镜头通常以镜头口径值进行计量，当镜头完全打开时定义为最大光圈（最小光圈数值），把镜头的有效口径调至最小时（不完全关闭时）的数值定义为最小光圈
（最大光圈数值）。光圈值对最终图像有着诸多影响，光圈数值小，意味着该镜头在黑暗的环境下能通过更多的光线，使摄像机能够呈现更好的图像，而在高亮度或
高反射的环境下，具有高光圈数值的镜头将会避免摄像机成像”白化”，保持稳定的视频电平。所有自动光圈均配有中性不透明滤光片以增大圈值。光圈值对景深也
有直接影响。

景深

　
　观察整个区域范围内能被清晰成像的区域被定义为景深。景深大意味着从靠近镜头的广场目标到无穷远之目标在所观察的整体区域中有更多区域能清晰成像。整体
区域通常为从靠近镜头的观察目标到无穷远，景深小就意味着只有较小部他区域可以清晰成像.景深的大小受诸多因素的影响，通常广角镜头比长焦镜头具有更大的
景深，大的光圈值具有大的景深范围。对于自动光圈镜头而言，光圈的不断调整也意味着景深大小的相应变化，夜间自动光圈全部打开，此时的景深范围达到它的最
小值，这也意味着白天清晰观察到的目标此时可能变得模糊。

自动和手动光圈

　
　通常我们倾向于在光线变化大的室外使用自动光圈镜头，在光线基本保持恒定的室内场所使用手动光圈镜头。随着摄像机具有了电子快门可以进行电子补偿，现在
也可以在光像变化的场所使用手动光圈镜头，然而对于这种使用形式有些因素需要予以考虑，光圈数值的设定变得更为严格，如果为使摄像机能在夜间工作而将光圈
开启到最大，将会使得景深范围很小，导致即使在白天也很难获取清晰的图像，摄像机虽可以保持输出电平的稳定，但不能相应地保持景深的大小。如若为了增大景
深而关小光圈，那摄像机在较暗环境下的表现就要打折扣

视频驱动和直接驱动

　
　自动光圈镜头必须通过控制光圈的操作以达到最佳的图像效果。视频驱动自动光圈镜头内含放大电路，可将摄像机智的视频号进行转换从而对光圈进行控制。直接
驱动的自动光圈镜头由于只含了检流计型光圈马达
，价格较视频驱动型便宜，但要求其所使用的摄像机必须内置放大电路。选择两种自动光圈镜头依据是其所使用的摄像机具有何种自动光圈驱动形式，通常现今情况
下摄像机均具有两种驱动形式。

C型和CS型

　　现在的摄像机和镜头通常都是CS型接口，CS型摄像机可以和C型和CS型的镜头相配接，一旦C型镜头配接时，需要在摄像机和镜头之间加接5mm接配环（VM400）以获得清晰的图像。C型接口的摄像机不能同CS型的镜头相配接。因为实际上不可能使

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