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40：相机与镜头选型

news 来源：原创 2025/6/30 1:15:10

第一章相机

1.1 理论基础

1.1.1 相机分类

1 ）按照芯片类型： CCD 相机、 CMOS 相机

2 ）按照传感器的结构特性：线阵相机、面阵相机

3 ）按照扫描方式：隔行扫描相机、逐行扫描相机

4 ）按照分辨率大小：普通分辨率相机、高分辨率相机

5 ）按照输出信号方式：模拟相机、数字相机

6 ）按照输出色彩：单色（黑白）相机、彩色相机

7 ）按照相机功能：二维相机、三维相机

1.1.2 相机主要参数

1. 分辨率：相机能够捕捉到的细节，用像素（相机成像的最小单元）来衡量。

一般 W*N 的形式来表示， W 为图像水平方向每一行的像素数， N 为垂直方向每

一列的像素数。

2. 像素尺寸：每个像素的实际大小，单位为 1mm 。在分辨率一样的情况下，

像素尺寸越小，得到的图像越大。

3. 帧率：是指相机每秒采集图像的能力，单位 FPS （帧 / 秒）。

当被测物体有速度（运动拍摄、多数量拍摄时）要求时，要选择帧数较多的

工业相机，一般来说分辨率越高，帧数越低。

4. 接口：相机的接口是用来输出相机数据的，有 GigE 、 USB2.0/3.0 等。

1.2 如何选择相机

根据检测要求精度和视野大小，反推出相机的像素精度。计算出满足要求的

相机分辨率：

相机单边分辨率 = 视野单边 / 精度

例如：已知条件： 1. 被测物体大小 10mmx7mm; 2. 检测精度： 0.01mm; 3. 视野

范围： 12mmx9mm

相机最小分辨率 = （ 12/0.01 ） * （ 9/0.01 ） = 1200*900≈108 万像素

因此可以选用 130 万像素相机（ 1280*960 ）；为减小边缘提取时的像素偏移

带来的误差，提高系统的精确度和稳定性，实际使用中一般用 2-3 个像素对应一

个最小的缺陷和特征，那么相机分辨率等于 108*3≈324 万。

最终选型： 320 万像素相机（ 2048*1536 ） .

选型网站

第二章镜头

2.1 理论基础

2.1.1 镜头分类（三类）

1 ）定焦镜头：定焦镜头按等效焦距（ = 实际焦距× 43mm/ 镜头成像圆的直径）可分为：鱼眼镜头、超广角镜头、广角镜头、标准镜头、长焦镜头、超长焦镜头

2 ）变焦镜头

3 ）特殊镜头：微距镜头、显微镜头、远心镜头 、红外线镜头、紫外线镜头

上述所说的远心镜头纠正了传统镜头的误差，可以在一定的距离内，使所成的像的尺寸不会因为距离的变化而改变。简单讲就是不会因为工作距离的远近而在投影端产生大小变化的镜头。

2.1.2 镜头主要参数

1. 视野（ FOV ）：或者叫视场角，图像采集设备所能够覆盖的范围。拍摄对象和镜头的工作距离越长，则视野越广。

2. 工作距离（ WD ）：也称为物距，一般指镜头前端到被测物体的距离，小于最小工作距离系统一般不能清晰成像。

3. 焦距：相机到焦点的距离。分为固定的和可变的两种，如果物距很大，选择焦距比较长的镜头，这样拍的清晰，但是视野范围会变小。

4. 景深：以镜头最佳聚焦时的 WD 为中心，前后存在一个范围，在此范围内镜头都可以清晰成像。简单理解就是物体放置固定高度，相机上下移动清晰成像距离区间。

5. 相对孔径：是指该镜头的入射光孔直径（用 D 表示）与焦距（用 f 表示）之比，即 D/f

6. 最大相对孔径：它往往标示在镜头上，如 1:1.2 或 f/1.2

7. 光圈系数（ F ）：相对孔径的倒数称为光圈系数，用Ｆ表示。 F 值越小，光圈越大，图像越亮，景深越小，分辨率越高

8. 分辨率：指在像面处镜头在单位毫米内能够分辨的黑白相间的条纹对数。分辨率应该不小于相机的分辨率。分辨率越高，成像越清晰。分辨率为 1/2d ， d 为线宽。单位是”线对 / 毫（ lp/mm ）

9. 放大倍率：检测对象的实际大小与芯片成像大小的比率。 CCD 有效像素大小÷视野= 倍率。当两者相等时，倍率等于 1 ；当视野小于 CCD 有效像素大小时，代表放大多少倍。光学放大倍率 = 相机芯片长度 / 视野长边 = 焦距 f / 工作距离 WD

10. 接口：镜头与相机的机械连接方式。镜头的接口应与相机的物理接口相匹配。分为 C 口、 F 口、 CS 等接口。

11. 最大靶面尺寸（芯片尺寸）：镜头使用的芯片尺寸应与相机的传感器靶面尺寸相匹配，简单才说，就是镜头投射的图像面积应不小于相机的芯片尺寸，这样通过镜头捕捉到的图像就能够刚好覆盖相机传感器的区域。

12. 畸变：被摄物平面内的主轴外直线，经光学系统成像后变为曲线，则此光学系统的成像误差称为畸变，分为桶形畸变和枕形畸变。短焦距镜头一般表现为桶形失真，长焦距镜头一般表现为枕形失真。

2.2 如何选择镜头

2.2.1 步骤

1 ）确定相机连接镜头的接口类型。 C 口 /F 口等。

2 ）确定镜头的最大靶面尺寸与相机相匹配。

3 ）确定焦距。首先，确定测量工作距离和目标物体的大小，得到图像的宽或高；确定相机的安装位置，从相机的拍摄角度推测视角，最后根据二者的几何关系计算相机的焦距。

2.2.2 网址直接选型

1 ）网址 1

第一步：在 https://www.coolens.cn/support.html 网址中，输入相机类型。

第二步：输入视野边长和工作距离。网址会输入内容得到所需的镜头。

2 ）网址 2

第一步：通过下面的网址输入对应的相机型号和相机系列。

https://www.hikrobotics.com/cn/machinevision/visionproduct?typeId=40&id=24

7&pageNumber=1&pageSize=20&showEol=false

第二步：输入工作条件，则可以得到结果。

第三章案例分析

工业相机镜头焦距、工作距离、视野等选型的计算 :

https://blog.csdn.net/weixin_45303602/article/details/141068422

3.1 计算相机分辨率

根据系统对图像精度的要求来选择相机的分辨率

已知条件： 1. 被测物体大小 10mmx7mm; 2. 检测精度： 0.01mm; 3. 视野范围：

12mmx9mm

计算过程：

相机最小分辨率 = （ 12/0.01 ） * （ 9/0.01 ） = 1200*900 ≈ 108 万像素

因此可以选用 130 万像素相机（ 1280*960 ）；为减小边缘提取时的像素偏移带来的误差，提高系统的精确度和稳定性，实际使用中一般用 2-3 个像素对应个最小的缺陷和特征，那么相机分辨率等于 108*3 ≈ 324 万。

最终选型： 320 万像素相机（ 2048*1536 ） .

3.2 计算镜头焦距

计算过程：

1 ） Sensor 长宽尺寸 = (Sensor 长度或高度 * 像元尺寸 )/1000 可计算出：

Sensor 长度 = 2448*3.45/1000 = 8.4456mm

Sensor 高度 = 2048*3.45/1000 = 7.0656mm

2 ）光学放大倍率（β） = (Sensor 长度（ h ） )/( 视野长度（ H ） )=8.4456/12 ≈

0.7038

3 ）焦距（ f ） = 物距（ D ） * 光学放大倍率（β） = 75*0.7038 =52.785mm ，

因此可以选择 50mm 焦距镜头

4 ）实际光学放大倍率 = 焦距（ f ） / 物距（ D ） =50/75 ≈ 0.667

视野长度 = (Sensor 长度（ h ） )/ 实际光学放大倍率 = 8.4456/0.667 ≈ 12.662mm

视野高度 = (Sensor 高度（ v ） )/ 实际光学放大倍率 =7.0656/0.667 ≈ 10.593mm

5 ）单像素精度 = ( 视野长度（ H ） )/Sensor 长方向有效像素个数 =12.662/2448

≈ 0.0052mm

6 ）结论：选用 50mm 镜头，搭配 500 万像素相机，可以达到 12.662mm x

10.593mm 的视野，单像素精度 5.2µm

3.3 计算相机视野范围和镜头视场角

计算过程：

1 ） Sensor 长度高度：

h = 2448 * 3.45µm =8.4456mm, v = 2048 *3.45µm = 7.0656mm

2 ）利用 (Sensor 长度（ h ）或高度（ v ） )/ 视野范围 FOV= 焦距 f/( 物距 D) 可计算出相机视野范围是：X = 8.4456 * 1000/50 = 168.91mm, Y = 7.0656 * 1000/50 =141.31 mm

3 ）计算相机视场角：

2 θ = 2 * arctan(h 或 v/2/f) 2θ x = 2 *arctan(8.4456/2/50) =10 ° , 2 θ y = 2 * arctan(7.0656/2/50) = 8 °

工作距离较近时，计算结果与实测结果会有一定的差异，计算数据仅供参考，需要以实测为主。

第一章 相机

1.1 理论基础

1.1.1 相机分类

1.1.2 相机主要参数

1.2 如何选择相机

第二章 镜头

2.1 理论基础

2.1.1 镜头分类（三类）

2.1.2 镜头主要参数

2.2 如何选择镜头

2.2.1 步骤

2.2.2 网址直接选型

第三章 案例分析

3.1 计算相机分辨率

3.2 计算镜头焦距

3.3 计算相机视野范围和镜头视场角

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第一章相机

第二章镜头

第三章案例分析