工业视觉:硬件选型与调试

需求分析

核心观念： 视觉不是“拍照片”，而是“做测量”。不要用肉眼的感觉去判断，要用数据。

在做任何决定前，必须先获取这 4 个参数（问客户或去现场量）：

相机选型

核心观念： 像素不是越高越好，够用就行。

像素计算公式（通用铁律）

工业界为了保证稳定，通常要求最少 3 个像素来代表一个缺陷特征。

相机最小分辨率视野长边最小缺陷尺寸

通俗案例： 你要检测手机屏幕（长 150mm），要看清上面 0.1mm 的划痕。 计算： 像素。 结论： 你的相机长边至少要有 4500 个像素。查表可知，你需要买 2000万像素 (5472×3648) 的相机。

传感器类型选择

• 卷帘快门 (Rolling Shutter)：
  • 原理： 像打印机一样一行一行曝光。
  • 适用：静止拍摄。便宜。
  • 禁忌： 拍运动物体会变形（如风扇叶片变弯）。
• 全局快门 (Global Shutter)：
  • 原理： 所有像素同时曝光。
  • 适用：飞拍/运动拍摄。工业首选，略贵。

接口选择

• GigE (网口)： 传输距离远 (100米)，线材便宜，最通用。
• USB 3.0： 传输快，但线短 (3米)，且容易掉线，适合实验室。

镜头选型

核心观念： 镜头决定了能不能“对上焦”和“装得下”。

焦距计算公式

焦距工作距离传感器靶面宽视野宽

• Sensor尺寸怎么看？ 查相机说明书。
  • 1英寸 ≈ 12.8mm
  • 2/3英寸 ≈ 8.8mm
  • 1/1.8英寸 ≈ 7.2mm
  • 1/3英寸 ≈ 4.8mm

通俗案例： 工作距离 500mm，视野 100mm，相机靶面是 1/3英寸 (4.8mm)。 计算： mm。 结论： 选购 25mm 的镜头（工业镜头焦距通常是 8, 12, 16, 25, 35, 50mm 几档，选最接近的）。

景深 (Depth of Field)

• 现象： 物体高低不平，或者稍微移动一下就糊了。
• 原理： 光圈越大，进光多，但景深浅（只有薄薄一层清晰）。
• 操作口诀：“光圈缩一缩，视野更开阔”。
  • 想让清晰范围变大，就把光圈拧小（F值变大），然后把灯开亮来补偿亮度。

光源设计

核心观念： 好的打光能让缺陷“亮得刺眼”或“黑得深邃”，直接降低编程难度。

颜色选型（光谱原理）

• 原则：
  • 想把某颜色的物体打白（忽略它） → 用同色光。
  • 想把某颜色的物体打黑（突出它） → 用补色光（色环对面那个颜色）。
• 案例：
  • 金手指（黄色铜）上的氧化点：用蓝光（金手指变黑，氧化点明显）。
  • 白色包装袋上的红色字：用红光（字变淡），用绿光（字变极黑）。

形状选型（照射角度）

通用调试 SOP (标准作业程序)

核心观念： 不管用什么软件，步骤永远是这 4 步。

第一步：物理对焦 (Focusing)

1. 把光圈 (Iris) 拧到最大（全开）。
2. 把对焦环 (Focus) 拧到图像最清晰。
3. 关键动作： 把光圈稍微拧小一点（增加景深）。
4. 拧紧镜头上的锁定螺丝（防止震动跑焦）。

第二步：曝光控制 (Exposure)

• 打开直方图 (Histogram) 工具。
• 调整曝光时间，让波峰处于 中值 (128) 附近。
• 严禁： 波峰顶到最右边 (255) —— 过曝了，全是白色，毫无细节。
• 严禁： 图像太暗靠“增益 (Gain)”来提亮 —— 增益是毒药，全是噪点。

第三步：白平衡 (White Balance)

• 仅彩色相机需要。
• 放一张白纸在镜头下。
• 点击软件里的“自动白平衡 (Auto White Balance)”。
• 如果不做这一步，你的白色产品拍出来可能是偏蓝或偏黄的，导致颜色识别失败。

第四步：光场校正 (Shading Correction)

• 如果发现“中间亮、四周暗”（暗角）。
• 放一张白纸盖住视野。
• 在相机软件里找到“阴影校正/平场校正”，点“执行”。
• 相机会自动记住这个亮度差异，以后拍照会自动把四周提亮。

避坑指南

一个通用案例

检测一条 50mm x 30mm 的电路板，上面有 0.1mm 的字，生产线不停，速度一般。

你的脑海里应该立刻生成这个方案：

1. 算像素：。选 200万像素 (1600宽) 以上的相机。
2. 选快门： 生产线不停 → 必须选 全局快门 (Global Shutter) 。
3. 选镜头： 假设安装高度 200mm，靶面 1/3" (4.8mm)。。选 16mm 或 25mm 镜头。
4. 选光： 电路板反光且有焊点 → 选 环形光 或 圆顶光（如果很反光）。