机器视觉学习笔记（一）——成像系统

机器视觉系统设计常见参数

1.图像分辨率：图像中横向以及纵向像素的个数

2.系统分辨率：成像系统可以识别出检测目标的最小细节或最小特征。如”要求系统检测精度达到0.01mm”

3.像素分辨率：表示检测目标所需的像素数

      根据奈奎斯特采样定律，必须对信号每个周期采样两个点以上才能完整恢复该信号，所以在没有特别要求的

情况下，要求至少两个像素来表示目标中的最小特征。

     图像传感器应具备的最小像素分辨率可以通过以下公式计算：

     其中Rmin为最小像素分辨率，Lmax为检测目标最大长度，lmin为检测目标最小特征长度（视觉系统分辨率），pmin为最小特征像素数（无特别要求时pmin=2）

4.视场（FOV)：成像系统中图像传感器可以检测到的最大区域

5.工作距离（WD）：相机镜头到检测目标的距离（相当于物距）

       根据高斯成像公式，可得到：

       其中S为图像传感器尺寸，f为镜头焦距

       透镜的放大倍率M可等效于：

        当用视场（FOV）代替目标最大长度（Lmax）时，可得到公式：

容易混淆的概念及镜头

1.镜头分辨率：镜头的空间极限分辨能力，常用拍摄正弦光栅的方法测试

2.相机像素分辨率：相机传感器上横纵方向上的像素数

3.相机空间分辨率：相机的空间极限分辨能力

4.系统分辨率：系统可识别检测目标最小特征的能力

注1:只有镜头的空间分辨率大于相机的空间分辨率时才能保证成像系统空间分辨率最佳；确保镜头可支持最大传感器尺寸大于或等于相机的传感器尺寸避免渐晕现象发生。

1.焦距：无限远处的目标在镜头的像方所成像位置到像方主面的距离（体现了镜头的基本特性）

2.景深：在镜头前沿着光轴所测定的能够清晰成像的范围

3.调焦：移动镜头的位置使成像面与感光面重合

4.变焦：像面不动的前提下改变镜头系统的焦距得到清晰图像

注2：8mm和12mm的镜头可在50mm距离工作，12mm以上的都不行；超过35mm的镜头只能在100mm的距离以上工作。

注3：当焦距越长，成像越大，视角越小，景深越小，透视感越弱，反差越小。

注4：对焦距离=镜头到物体的距离+镜头到感光元件的距离。对焦距离越远，景深越深（远景大对焦，近景小对焦）

注5：定焦和固定拍摄距离时，光圈越小，景深越大；拍摄距离越远，景深越大。

相机

CCD和CMOS图像传感器区别：

1.CCD像素输出信号为电荷，芯片输出信号为模拟信号

2.CMOS像素输出信号为电压，芯片输出信号为数字信号

最后

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