图像采集与硬件选型：工业相机、镜头与光源

做工业视觉项目，第一步不是写代码，而是选硬件。我见过太多项目，算法调得再好，最后因为相机没选对、光源打不好，现场就是跑不起来。说白了，图像质量决定了算法上限。今天咱们就把相机、镜头、光源这三块掰开揉碎了讲清楚。

工业相机分类：CCD 与 CMOS 怎么选？

工业相机核心就是传感器，目前主流就两种：CCD 和 CMOS。很多人觉得 CCD 一定比 CMOS 好，其实不一定。

我个人习惯：做高精度尺寸测量、或者现场光线很暗，优先选 CCD。但如果是做深度学习数据采集、或者产线速度超过 60 帧/秒，我基本直接上 CMOS。记得有一次做锂电池极片检测，客户要求 200 帧/秒，CCD 根本扛不住，换了全局快门的 CMOS 才搞定。

镜头参数：焦距、光圈、景深

镜头是相机的眼睛。选错了镜头，再好的相机也白搭。我重点讲三个核心参数。

焦距

焦距决定了视场角。焦距越短，看得越宽；焦距越长，看得越远越细。计算公式很简单：

焦距 f = (工作距离 × 传感器靶面尺寸) / 视场宽度

举个例子：传感器靶面宽 6.4mm，工作距离 200mm，想拍 100mm 宽的视野，那焦距就是 (200 × 6.4) / 100 = 12.8mm。实际选型时取相近的标准焦距，比如 12mm 或 16mm。

光圈

光圈控制进光量，用 F 值表示。F 值越小，光圈越大，进光越多，但景深越浅。工业视觉中我一般推荐 F4 到 F8 之间。光圈开太大（比如 F1.4），画面边缘容易模糊；光圈收太小（比如 F16），衍射效应会让图像变软。

景深

景深就是清晰成像的深度范围。景深跟光圈、焦距、工作距离都有关系。公式有点复杂，我直接给经验值：

• 短焦距 + 小光圈 + 远距离 = 大景深
• 长焦距 + 大光圈 + 近距离 = 小景深

做 3C 电子检测时，元件高度差可能只有 0.5mm，景深够用就行。但做汽车零部件检测，零件高度差可能有 20mm，那就必须用小光圈、短焦距来保证景深。

光源选择：环形光、背光、同轴光

光源是工业视觉里最容易被低估的环节。我常说：光源选对了，算法省一半。下面三种是最常用的。

环形光

环形光装在镜头周围，光线从四周打向物体。适合检测表面特征，比如字符、划痕、焊点。角度可调，高角度适合光滑表面，低角度适合粗糙表面。

我做 PCB 字符检测时，用的就是 60 度环形光。字符清晰，背景均匀，OCR 准确率直接到 99.8%。

背光

背光把光源放在物体背面，拍出来是轮廓。适合做尺寸测量、边缘检测、有无判断。说白了，背光就是拍剪影。

举个例子：检测螺丝是否缺失，用背光一拍，轮廓清清楚楚，二值化后直接数边缘点就行，根本不用深度学习。

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，比如晶圆、镜面、玻璃。它能消除反光干扰，让表面纹理清晰可见。

我记得做手机玻璃盖板检测时，用环形光全是反光斑，换了同轴光后，划痕和气泡一目了然。嗯，这里要注意：同轴光光强损耗大，需要配高亮光源。

知识体系总览

下面这张图把相机、镜头、光源的选型逻辑串起来了。你想想看，实际项目中就是按这个流程走的。