3.3 选择相机

相机选择的基本流程如图3-6所示。

在选择相机的过程中涉及多个指标，常用的指标如下。

1.分辨率

在选择相机时，分辨率极为重要。通过计算分辨率，可获得有效的检测精度。相机所涉及的分辨率包括图像分辨率、空间分辨率、特征分辨率、测量分辨率和像素分辨率等5个概念。

（1）图像分辨率（R_i）

图像分辨率表示图像行和列的数目，由相机和图像采集卡决定。一般情况下，灰度面阵相机的图像分辨率有640×480、1280×960、2560×1920；线阵相机的图像分辨率特指图像行的数目，常见的有1024、2048、4096、8000。

图像分辨率的一般选择原则：选择相机的图像分辨率和图像采集卡的图像分辨率中的较低者。

（2）空间分辨率（R_s）

空间分辨率是从像素中心映射到场景的间距，如0.1cm/pix。对于给定的图像分辨率，空间分辨率取决于视场尺寸、镜头放大倍率等因素。

（3）特征分辨率（R_f）

特征分辨率是能被视觉系统可靠采集到的物体的最小特征尺寸，如0.05mm。相机和图像采集卡不服从香农定律，即每个特征点至少需要利用2pix进行描述。在实际应用中，可采用3～4pix来描述最小特征点，同时要求具有较好的对比度和较低的噪声。如果对比度差、噪声高，则需要利用更多的像素来描述特征。当某个特征在图像中既表现为3pix，又表现为4pix时，就会导致系统很难识别。

（4）测量分辨率（R_m）

测量分辨率是可以被检测到的被测物的尺寸或位置的最小变化，如0.01mm。当原始数据为像素时，可用数据拟合技术将图像和模型（如直线）进行拟合。从理论上讲，测量分辨率可达到1/1000pix，但在实际应用中，一般只能达到1/10pix。

测量分辨率一般取决于拟合算法、每个像素位置的测量误差、用来拟合模型的像素个数等因素。测量误差通常来自偶然误差和系统误差：

· 偶然误差是不可预测、不可修正的，可影响测量的准确性和可重复性。

· 系统误差不影响测量的可重复性，可通过校正操作进行修正。

通常情况下，测量要求的准确度是允许误差的10倍；测量分辨率是准确度的10倍。这就意味着，测量分辨率是允许误差的100倍。但在实际应用中，测量分辨率仅是允许误差的20倍。

（5）像素分辨率（M_p）

像素分辨率是像素的灰度或彩色等级，由图像采集卡或相机的数/模转换得到。通常情况下，在单色视觉系统中，每个像素用8位表示，即256级灰度，也可用10位或12位表示，可满足高端图像分析的要求（如生物医学分析）；在彩色视觉系统中，RGB的每个原色用8位表示，一共可表示16 777 216种颜色。

【例1】在标准尺寸为40mm×30mm的零件上有一个直径为0.5mm的孔。假设特征分辨率 R_f为0.5mm，最小特征的像素数 F_p为4pix，对比度和图像噪声均为理想状态，求最小图像分辨率（视场大小为4cm×3cm）。

【提示】图像分辨率、测量分辨率、特征分辨率的计算公式如下：

【解析】

因此，得到的最小图像分辨率为320×240。

2.相机的帧率和曝光模式

如果想要拍摄运动的物体，则可选择全局曝光模式的相机。可根据运动速度选择相机的帧率。相机的帧率就是相机的刷新频率，即每秒拍摄多少次。

3.检测精度、视野范围

可根据检测精度、需要拍摄的视野范围选择合适的相机分辨率，进而选择合适的相机。检测精度的计算公式为

4.被测物的复杂度

可根据被测物的复杂度，选择合适的相机。如果被测物为非常精密、微小、模糊、不易被拍摄清楚的物体，例如，被测物为有缺陷的焊点，则选择CCD相机要比选择CMOS相机更加合适（CCD相机的成像质量高、稳定性高、清晰度高）。如果没有特殊要求，则一般选择黑白相机。

【例2】假设被测物的大小为115mm×85mm，要求在运动中进行在线检测，检测速度为120个/分钟，检测精度为0.1mm，没有颜色检测要求，通信距离为12m，请选择合适的相机。

【解析】

· 确定视野大小，因视野大小应比检测对象略大一些，因此，这里选择120mm×90mm。

· 应根据检测精度选择对应的像素分辨率：1280×1024，即大概可提供0.09mm的精度。

· 因需要在运动的过程中检测，所以需要选用全局曝光的相机。

· 因检测速度为120个/分钟，所以2帧以上的帧率就能满足使用要求。

· 因没有颜色检测要求，所以黑白相机就能满足使用要求。

· 因通信距离为12m，所以需要选择千兆网的相机才能实现。

由以上分析可知，可按照130万像素、像素分辨率为1280×1024、全局曝光、千兆网的黑白相机、帧率大于2帧的技术指标查询相机厂家的样本，并选择合适的相机。