2. 成像系统选型：工业相机、镜头与光源

成像系统选型，说白了就是给产线装上一双“眼睛”。这双眼睛好不好使，直接决定了缺陷能不能被看见。我做了这么多年产线集成，见过太多因为选型不当导致的漏检、误判，最后还得返工。今天咱们就把相机、镜头、光源这三块掰开揉碎了讲清楚。

2.1 工业相机选型：CCD vs CMOS

先说结论：现在主流产线基本都用CMOS了。CCD虽然还在用，但场景越来越少。

对比项	CCD	CMOS
读出方式	全局快门，逐行转移	卷帘快门或全局快门
噪声水平	低，暗电流小	相对高，但近年改善明显
帧率	一般较低	高，轻松上百fps
功耗	高，需散热	低，适合嵌入式
成本	高	低
典型应用	科研、天文、极低照度	产线检测、机器人视觉

我个人习惯，只要产线速度超过30个工件/分钟，直接选CMOS全局快门。为什么？因为CCD的帧率跟不上，而且发热严重。我记得有一次给一条饮料瓶盖检测线选相机，客户坚持用CCD，结果夏天车间温度一高，相机频频报错，最后全换成CMOS才稳定下来。

2.2 镜头选型：焦距、光圈、景深

镜头是成像系统的“晶状体”。选错了，相机再好也白搭。

2.4.1 焦距

焦距决定视场角。公式很简单：焦距 = 工作距离 × 芯片尺寸 / 视场宽度。举个例子，芯片宽6.4mm，工作距离200mm，想拍50mm宽的工件，焦距就是200×6.4/50 ≈ 25.6mm，选25mm定焦就行。

我建议新手先定工作距离，再算焦距。别反过来，否则现场装不上就尴尬了。

2.4.2 光圈

光圈影响进光量和景深。产线检测一般用F4-F8。光圈太大（F1.4），景深太浅，工件稍微一抖就模糊；光圈太小（F16），衍射效应开始显现，反而降低分辨率。

2.4.3 景深

景深公式：景深 ≈ 2 × 光圈系数 × 容许弥散圆直径 × (工作距离/焦距)²。实际项目中，我一般用景深计算器快速估算。对于产线，景深至少要比工件公差大3倍。

场景	推荐光圈	景深范围
平面工件（PCB、玻璃）	F4-F5.6	±1mm
立体工件（铸件、连接器）	F5.6-F8	±3mm
高速运动（传送带）	F8-F11	±5mm

2.3 光源选型：环形光、背光、同轴光

光源是成像系统的“灵魂”。我见过太多项目，相机和镜头都选对了，结果光源没配好，缺陷就是拍不出来。

2.3.1 环形光

环形光装在镜头周围，光线从四周打向工件。适合检测表面划痕、凹凸、字符。角度可调，低角度突出纹理，高角度均匀照明。

我常用的场景：金属表面划痕、PCB焊点检测、塑料件毛刺。注意，环形光容易在反光表面产生“热点”，这时候要加偏振片。

2.3.2 背光

背光放在工件背面，拍的是轮廓剪影。适合尺寸测量、边缘检测、通孔有无。说白了，背光只给你看“形状”，不给你看“表面”。

举个例子，检测螺丝是否拧到位，背光一照，轮廓清清楚楚。但想看清螺丝表面的划痕？不行，得换环形光。

2.3.3 同轴光

同轴光通过半透半反镜，让光线沿镜头光轴方向照射。适合高反光表面，比如镜面、晶圆、玻璃。它能消除阴影，但光强损失大，需要大功率光源。

2.4 成像系统选型流程

下面这张图是我自己总结的选型流程，每次做项目都按这个走，基本不会翻车。

2.5 实战案例：手机玻璃盖板划痕检测

去年我帮一家手机代工厂做玻璃盖板划痕检测。玻璃是透明的，划痕很浅，而且表面反光严重。一开始他们用环形光，结果划痕和背景混在一起，根本看不出来。

后来我换了同轴光加偏振片，配合蓝色背光。同轴光把划痕照亮，背光提供均匀背景，偏振片消除反光。成像效果立竿见影，划痕在图像里变成亮线，对比度极高。算法那边直接用了简单的阈值分割就搞定了。

2.6 选型清单速查

缺陷类型	推荐相机	推荐镜头	推荐光源
表面划痕	CMOS全局快门	定焦F5.6	环形光（低角度）
尺寸测量	CMOS全局快门	远心镜头	背光
镜面缺陷	CMOS全局快门	定焦F8	同轴光
字符识别	CMOS卷帘快门	定焦F4	环形光（高角度）
透明物体	CMOS全局快门	定焦F5.6	背光+同轴光

嗯，成像系统选型就讲到这里。记住，没有最好的配置，只有最合适的。多试、多调、多总结，慢慢就有感觉了。