搭建机器视觉硬件系统，相机的选择很大程度上决定了所成的图像的质量，包括图像分辨率、图像大小、图像颜色等是否满足要求，在拍摄运动物体时，会不会出现拖影现象等等。 在工业相机选型时，主要看它的靶面尺寸、分辨率、像素尺寸、芯片类型、帧速率、是否黑白或彩色、数据接口和镜头接口等参数，如下表所示：

相机类型：相机类型主要分为面阵相机和线阵相机，线阵相机的分辨率和帧速率（行频）要比面阵相机大，如果在某些使用场景，面阵相机达不到要求时，可以使用线阵相机，当然成本也较面阵贵。

靶面尺寸：指的是相机传感器尺寸，定义详见工业相机和镜头参数简析。靶面尺寸等于分辨率乘以像素尺寸，所以一般不把靶面尺寸作为选型依据，而是先确定分辨率和像素尺寸，这两个参数确定下来了那么靶面尺寸也确定了。

分辨率和像素尺寸：分辨率定义为长方向像素数×宽方向像素数，像素尺寸定义为每个像素的尺寸，单位通常为μm/像素，更多信息可见工业相机和镜头参数简析。这两个参数需根据想达到的成像精度和镜头的放大倍率确定，镜头的放大倍率定义及如何确定见本文第二章节。

例如待拍摄物体长80mm，宽60mm，要求成像精度达到0.1mm： 那么像素尺寸要求≤0.1mm乘以镜头的放大倍率，图像分辨率≥（80÷0.1=800）×（60÷0.1=600）。

芯片类型：工业相机芯片类型主要有CCD、CMOS两种，两种传感器的定义就不赘述了，CCD起步早，发展成熟，成像质量比CMOS好，但在相同指标下，价格也较CMOS高。而CMOS由于内部电路与CCD的不同，成本较低，电量消耗也较低，目前发展较快，而索尼已经停止了CCD传感器的生产，未来使用CMOS传感器的工业相机应该会更加普及。

帧速率：如需拍摄运动状态下的物体，那么就需要考虑相机帧速率是否匹配物体运动速度。帧速率是指相机每秒能够拍摄多少帧（张）图片，而能否匹配物体运动速度，还需要综合考虑相机曝光时间。并且拍摄运动物体要选择全局快门（Global shutter)的工业相机。

图像颜色：工业相机拍摄所成图像的颜色主要由黑白和彩色两种，而黑白图像由于包含的像素信息小于彩色图像，所以占用传输带宽小，后期图像处理速度也快。而彩色图像包含的信息更丰富，在一些特定场合下必须使用彩色相机。

数据接口：相机传输数据的接口常用的主要有1394A、1394B、USB2.0、USB3.0、GigE和Camera Link 三种，传输速度如下 Camera Link 接口传输速度最快，专门为工业相机设计，可以通过接口为工业相机供电，而不需要外接电源线，但需要单独购买图像采集卡，因为一般电脑不自带Camera Link 接口。 USB3.0传输速度第二，一般电脑都自带该接口，可以不单独购买图像采集卡，并且也可以通过USB3.0供电。 GigE接口，就是电脑千兆网口，传输速度排在第三位，一般电脑自带一个千兆网口，如需同时连接多个相机，需要单独购买图像采集卡，GigE接口可以通过Poe供电。

镜头接口：工业相机与镜头的接口需匹配，接口类型见工业相机和镜头参数简析，C-mount是最常用的接口，如果接口不一致，需要搭配转接环。

后倍焦，指相机接口平面到芯片的距离。但在线扫描镜头或者大面阵相机的镜头选型时，后倍焦是一个非常重要的参数，因为它直接影响镜头的配置。不同厂家的相机，哪怕接口一样也可能有不同的后倍焦。

相机驱动一般可以在官网进行下载，也可以通过添加厂商微信公众号进行下载，如巴斯勒相机驱动就可以通过微信公众号下载，并且速度要高于官网下载速度。

镜头的选型主要考虑镜头类型、放大倍率、工作距离、焦距、景深、分辨率、靶面尺寸等参数，如下表所示：

镜头类型主要由普通镜头和远心镜头，远心镜头是为纠正传统镜头的视差而特殊设计的镜头，它可以在一定的物距范围内，使得到的图像放大倍率不会随物距的变化而变化。远心镜头与传统镜头对比，如图： 远心镜头又分为普通远心镜头、物方远心镜头、像方远心镜头和双远心镜头。远心镜头较为昂贵，一般靶面尺寸越大、放大倍率越大，价格越高。

靶面尺寸：如果镜头的靶面尺寸小于相机的靶面尺寸，那么最终拍摄的图像四个角形成暗影或黑角，所以最好选择与相机靶面尺寸相等的镜头，其次也可选择略大的镜头。

分辨率及像素数：镜头的分辨率参数定义为1mm 间距内能分辨开的黑白相间的线条对数，它的单位为lp/mm，像素数定义为镜头的像素数量，可根据靶面尺寸与分辨率计算得出，更多信息可见工业相机和镜头参数简析。 镜头的分辨率应≥1000除以相机像素尺寸（单位为μm/像素）再除以2。

例如相机像素尺寸是 4μm，那么镜头分辨率应≥1000÷4÷2=125lp/mm。

相机和镜头共同影响着成像系统的成像精度，即使镜头的分辨率再高，系统也要受到相机的像素尺寸的限制。然而在实际使用中，由于景深的存在，为了使镜头偏离对准面仍然能够成像清晰，因此，在选择镜头时，通常要求镜头分辨率要略高于计算出来的分辨率。

放大倍率：是指靶面尺寸与待拍摄物体尺寸的比例，等于靶面尺寸/待拍摄物体尺寸，所以放大倍率越小，视野越大。而非远心镜头的放大倍率是可以调节的，随着工作距离的变化而变化。但要注意的是，放大倍率增加，视野增大的同时，成像精度会下降。

工作距离：是指镜头与物体的距离，根据实际情况确定，一般普通镜头的工作距离可以调节，最小工作距离一般为200mm左右，而远心镜头的工作距离不可调节，一般100mm左右。

焦距：在放大倍率和工作距离确定的情况下，焦距可以通过放大倍率×工作距离得出。一般镜头的焦距为12mm、16mm、25mm、35mm等。在进行镜头选型时，可以给镜头搭配延长环，调节焦距，进而调节工作距离和放大倍率。

光圈：用F表示，以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。孔径越大，更多的光线进行相机、亮度也越大。一般镜头上都标有最大F值，例如：8mm/F1.4代表焦距8mm，最大孔径D为5.7mm，F值越小，光圈越大，F值越大，光圈越小。

景深：景深是指在被摄物体聚焦清楚后，在物体前后一定距离内，其影像仍然清晰的范围。景深随镜头的光圈值、焦距、拍摄距离而变化，光圈越大，景深越小（浅），光圈越小，景深越大（深）。焦距越长，景深越小，焦距越短，景深越大。距离拍摄物体越近时，景深越小，拍摄距离约远，景深越大。一般远心镜头的景深要高于普通镜头。

光源的选择很大程度上决定了所成图像的质量和后续图像处理的难易程度，一个好的光源应该能最大限度地将感兴趣区域凸显出来，提高对比度，并且能够提供足够的光强和稳定地工作。

光源根据发光元器件的不同，可分为LED光源、卤素灯（光纤光源）、高频荧光灯。而LED光源是目前主流的机器视觉光源，特点是寿命长，稳定性好，功耗非常小。在进行选型时，主要关注的是光源形状。

光源按形状划分，主要分为线性光源（搭配线阵相机）、环形光源、同轴光源和平行背光光源等。 线光源：为线阵相机设计，LED排列成一行，对物体表面的行区域打光。

环形光源：LED排列成环形，在一定范围内通过漫反射对物体表面实现均匀照射。 同轴光源：同轴光的形成即通过垂直墙壁出来的变化发散光，射到一个使光向下的分光镜上，相机从上面通过分光镜看物体。这种类型的光源对检测高反射的物体特别有帮助。 背光源：背光源一般是指平行光源，一般将平行光源放置在物体下方，主要用于物体轮廓成像。

一般工业相机、镜头的选型可以根据应用场景进行参数计算，然后再调研满足参数要求的各个品牌的具体型号，也可以通过一些厂商官网的选型工具进行选型，例如巴斯勒相机官网的相机选型工具通过设置一些参数筛选出巴斯勒型号或他们代理的相机型号，进行参考。

而镜头的选型也可以使用巴斯勒官网的镜头选型工具，使用时需要先输入选好的相机型号，然后输入目标高度或宽度（输入宽度，自动计算高度，反之一样）和工作距离，宽度或高度和焦距自动计算得出，然后筛选出匹配的镜头型号。 选型工具筛选出的型号只是提供参考，不一定完全适合使用需要。

使用大恒图像官网的一个例子对选型应用进行举例。 要求： 要对一个边长为100 mm 的正方形黑白物体进行拍摄，要求能够分辨小于 0.1mm 的细节，相机到物体的距离在 200 ～ 400mm 之间，要求选择合适的相机和镜头。 分析：

方案： 相机选择大恒 CCD 黑白相机 DH-SV1411FM， 靶面尺寸为 2/3 英寸（8.8× 6.6 mm），像素数为1392× 1040，像元尺寸为 6.45μm 。系统的放大倍率为β=6.6/100=0.066，可分辨的景物精度为：像素尺寸 / 放大倍率 =0.00645/0.066=0.098 mm，满足系统要求。摄影物镜的焦距为 f’=l/(1+1/β)=260/(1+1/0.066)=16.1mm，系统像面的分辨率要大于 1/(2× 0.1× 0.066)=76(lp/mm)，因此摄影物镜可以选择 Computar M1614-MP2。镜头均采用可变光阑，其光圈数从 F1.4 到 F16，可调节系统的通光量。

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