1. 工业相机选型与镜头匹配
选型任务与已知条件
某产线需检测金属零件表面划痕，要求最小可检出缺陷尺寸为 0.05 mm，被测区域为 120 mm × 90 mm，相机安装空间限制工作距离约 300 mm。目标是确定相机分辨率、传感器尺寸与镜头焦距，使系统在给定视野和距离下满足精度要求。
选型输入：最小缺陷 0.05 mm；视野 FOV = 120 mm × 90 mm；工作距离 WD ≈ 300 mm；检测方式为离线抽检，允许一定余量。
分辨率计算：从缺陷尺寸到像素数
工业视觉中，缺陷通常需要至少 3~5 个像素才能被稳定识别。取保守系数 k = 4，则单像素对应实际尺寸（像素当量）应满足：
像素当量 = 最小缺陷 / k = 0.05 mm / 4 = 0.0125 mm/pixel
水平像素数 ≥ FOV宽 / 像素当量 = 120 / 0.0125 = 9600 px
垂直像素数 ≥ FOV高 / 像素当量 = 90 / 0.0125 = 7200 px若按 9600 × 7200 选型，对应约 6900 万像素，成本与数据量偏高。实际可放宽系数至 k = 3：
像素当量 = 0.05 / 3 ≈ 0.0167 mm/pixel
水平像素数 ≥ 120 / 0.0167 ≈ 7200 px
垂直像素数 ≥ 90 / 0.0167 ≈ 5400 px此时约 3900 万像素。若仍偏高，可考虑缩小视野或采用更高倍率镜头分区拍摄。本例为兼顾成本与精度，选择 5000 万像素相机（约 8192 × 6144），像素当量约 0.0146 mm/pixel，对应缺陷约 3.4 像素，满足 k ≥ 3 的要求。
镜头焦距匹配
镜头焦距由传感器尺寸、视野和工作距离共同决定。常用近似公式为：
f = WD × 传感器尺寸 / FOV假设选用 5000 万像素相机，传感器为 2/3 英寸（约 8.8 mm × 6.6 mm）。以水平方向计算：
f = 300 mm × 8.8 mm / 120 mm = 22 mm以垂直方向校验：
f = 300 mm × 6.6 mm / 90 mm = 22 mm两方向一致，说明传感器与视野比例匹配。因此选择焦距约 22 mm 的定焦镜头，实际可选 20 mm 或 25 mm 标准焦距，再通过微调工作距离补偿。
选型结果与验证
| 项目 | 计算值 | 选型结果 |
|---|---|---|
| 最小缺陷 | 0.05 mm | — |
| 像素当量 | 0.0146 mm/pixel | 满足 ≤ 0.0167 |
| 相机分辨率 | ≥ 7200 × 5400 | 8192 × 6144（5000 万像素） |
| 传感器尺寸 | — | 2/3 英寸（8.8 mm × 6.6 mm） |
| 镜头焦距 | 22 mm | 20 mm 或 25 mm 定焦 |
| 工作距离 | 300 mm | 约 300 mm，可微调 |
验证方法：安装后拍摄标准刻度尺或已知尺寸量块，测量图像中对应像素数，反算像素当量，确认缺陷在图像中至少占 3 个像素。若不足，可缩短工作距离或更换更长焦距镜头。
选型检查清单
- 确认最小缺陷尺寸与检测精度要求，确定像素系数 k（通常 3~5）。
- 计算像素当量，反推所需水平与垂直像素数。
- 选择相机分辨率时留 10%~20% 余量，避免边缘畸变影响。
- 根据传感器尺寸与视野计算焦距，优先选择标准焦距并微调工作距离。
- 安装后用刻度尺或量块验证像素当量，确认缺陷像素数达标。