3.3 選擇相機

相機選擇的基本流程如圖3-6所示。

在選擇相機的過程中涉及多個指標，常用的指標如下。

1.分辨率

在選擇相機時，分辨率極為重要。通過計算分辨率，可獲得有效的檢測精度。相機所涉及的分辨率包括圖像分辨率、空間分辨率、特征分辨率、測量分辨率和像素分辨率等5個概念。

（1）圖像分辨率（R_i）

圖像分辨率表示圖像行和列的數目，由相機和圖像采集卡決定。一般情況下，灰度面陣相機的圖像分辨率有640×480、1280×960、2560×1920；線陣相機的圖像分辨率特指圖像行的數目，常見的有1024、2048、4096、8000。

圖像分辨率的一般選擇原則：選擇相機的圖像分辨率和圖像采集卡的圖像分辨率中的較低者。

（2）空間分辨率（R_s）

空間分辨率是從像素中心映射到場景的間距，如0.1cm/pix。對于給定的圖像分辨率，空間分辨率取決于視場尺寸、鏡頭放大倍率等因素。

（3）特征分辨率（R_f）

特征分辨率是能被視覺系統可靠采集到的物體的最小特征尺寸，如0.05mm。相機和圖像采集卡不服從香農定律，即每個特征點至少需要利用2pix進行描述。在實際應用中，可采用3～4pix來描述最小特征點，同時要求具有較好的對比度和較低的噪聲。如果對比度差、噪聲高，則需要利用更多的像素來描述特征。當某個特征在圖像中既表現為3pix，又表現為4pix時，就會導致系統很難識別。

（4）測量分辨率（R_m）

測量分辨率是可以被檢測到的被測物的尺寸或位置的最小變化，如0.01mm。當原始數據為像素時，可用數據擬合技術將圖像和模型（如直線）進行擬合。從理論上講，測量分辨率可達到1/1000pix，但在實際應用中，一般只能達到1/10pix。

測量分辨率一般取決于擬合算法、每個像素位置的測量誤差、用來擬合模型的像素個數等因素。測量誤差通常來自偶然誤差和系統誤差：

· 偶然誤差是不可預測、不可修正的，可影響測量的準確性和可重復性。

· 系統誤差不影響測量的可重復性，可通過校正操作進行修正。

通常情況下，測量要求的準確度是允許誤差的10倍；測量分辨率是準確度的10倍。這就意味著，測量分辨率是允許誤差的100倍。但在實際應用中，測量分辨率僅是允許誤差的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級，由圖像采集卡或相機的數/模轉換得到。通常情況下，在單色視覺系統中，每個像素用8位表示，即256級灰度，也可用10位或12位表示，可滿足高端圖像分析的要求（如生物醫學分析）；在彩色視覺系統中，RGB的每個原色用8位表示，一共可表示16 777 216種顏色。

【例1】在標準尺寸為40mm×30mm的零件上有一個直徑為0.5mm的孔。假設特征分辨率 R_f為0.5mm，最小特征的像素數 F_p為4pix，對比度和圖像噪聲均為理想狀態，求最小圖像分辨率（視場大小為4cm×3cm）。

【提示】圖像分辨率、測量分辨率、特征分辨率的計算公式如下：

【解析】

因此，得到的最小圖像分辨率為320×240。

2.相機的幀率和曝光模式

如果想要拍攝運動的物體，則可選擇全局曝光模式的相機?？筛鶕\動速度選擇相機的幀率。相機的幀率就是相機的刷新頻率，即每秒拍攝多少次。

3.檢測精度、視野范圍

可根據檢測精度、需要拍攝的視野范圍選擇合適的相機分辨率，進而選擇合適的相機。檢測精度的計算公式為

4.被測物的復雜度

可根據被測物的復雜度，選擇合適的相機。如果被測物為非常精密、微小、模糊、不易被拍攝清楚的物體，例如，被測物為有缺陷的焊點，則選擇CCD相機要比選擇CMOS相機更加合適（CCD相機的成像質量高、穩定性高、清晰度高）。如果沒有特殊要求，則一般選擇黑白相機。

【例2】假設被測物的大小為115mm×85mm，要求在運動中進行在線檢測，檢測速度為120個/分鐘，檢測精度為0.1mm，沒有顏色檢測要求，通信距離為12m，請選擇合適的相機。

【解析】

· 確定視野大小，因視野大小應比檢測對象略大一些，因此，這里選擇120mm×90mm。

· 應根據檢測精度選擇對應的像素分辨率：1280×1024，即大概可提供0.09mm的精度。

· 因需要在運動的過程中檢測，所以需要選用全局曝光的相機。

· 因檢測速度為120個/分鐘，所以2幀以上的幀率就能滿足使用要求。

· 因沒有顏色檢測要求，所以黑白相機就能滿足使用要求。

· 因通信距離為12m，所以需要選擇千兆網的相機才能實現。

由以上分析可知，可按照130萬像素、像素分辨率為1280×1024、全局曝光、千兆網的黑白相機、幀率大于2幀的技術指標查詢相機廠家的樣本，并選擇合適的相機。