第2章 相机选型与硬件搭建：工业相机参数、镜头选型与光源方案

做视觉定位，第一步不是调算法，而是把硬件搭对。我见过太多项目，算法调得再好，相机选小了、镜头畸变大、光源打反了，现场就是跑不起来。这一章，咱们把相机、镜头、光源这三个硬件的选型逻辑讲透。

2.1 工业相机核心参数

选相机，说白了就是看四个数：分辨率、帧率、靶面尺寸、芯片类型。我习惯先定分辨率，再反推其他。

2.1.1 分辨率

分辨率决定你能看清多小的特征。比如你要定位一个0.5mm的圆孔，视野是100mm×80mm，那单像素精度就是100/分辨率宽度。我一般留3~5倍余量，也就是定位精度要求0.1mm时，单像素精度至少做到0.02~0.03mm。

2.1.2 帧率

帧率决定了你的系统响应速度。机械臂抓取一般10~30fps就够了，但如果是高速分拣，比如每分钟抓60次，那帧率至少要到60fps以上。

这里有个坑：很多相机标称的帧率是在特定分辨率下的，你一旦把分辨率调高，帧率就下来了。我建议你按实际使用的分辨率去查帧率，别信宣传页上的最大值。

2.1.3 靶面尺寸与芯片类型

靶面尺寸直接影响视野和景深。常见的靶面有1/3英寸、1/2英寸、2/3英寸、1英寸等。靶面越大，同等焦距下视野越大，但镜头也越贵。

芯片类型上，我个人的经验是：

• CCD：噪声低，动态范围大，适合高精度测量。但帧率一般，价格高。
• CMOS：帧率高，功耗低，性价比好。现在主流工业相机基本都是CMOS，像Sony的IMX系列，画质已经很好了。

2.2 镜头选型：焦距、光圈、畸变

镜头是相机的眼睛。选错了，再好的相机也白搭。我一般按这个顺序来：先定焦距，再调光圈，最后看畸变。

2.2.1 焦距计算

焦距决定了你能看多远、看多宽。公式很简单：

焦距 = 工作距离 × 靶面宽度 / 视野宽度

举个例子：你的靶面宽度是6.4mm（1/2英寸），工作距离是300mm，想要视野宽度100mm，那焦距就是：

焦距 = 300 × 6.4 / 100 = 19.2mm

所以选16mm或25mm的镜头都行，看你对视野的容忍度。

2.2.2 光圈与景深

光圈越大（F值越小），进光量越多，但景深越浅。做视觉定位，我一般把光圈收到F8~F11，这样景深够大，工件稍微高一点低一点都能看清。

你想想看，如果光圈开到F2.8，工件高度差个2mm就模糊了，定位精度直接崩。所以除非你打光特别暗，否则别开大光圈。

2.2.3 畸变

畸变是镜头的固有毛病，尤其是广角镜头。桶形畸变会让直线变弯，直接影响定位精度。

我的做法是：

• 选低畸变镜头（畸变率<0.1%），比如远心镜头或工业定焦镜头。
• 如果畸变不可避免，做相机标定时把畸变参数标出来，算法里做校正。

2.3 光源选择与打光方案

光源是视觉系统里最容易被低估的部分。我常说：光源打好了，算法省一半力。

2.3.1 光源类型

2.3.2 打光角度与颜色

打光角度决定了特征是否清晰。我一般遵循这几个原则：

• 低角度打光：突出表面纹理和凹凸，适合检测划痕。
• 高角度打光：均匀照亮，适合定位和测量。
• 背光：把工件变成剪影，轮廓最清晰，定位最准。

颜色上，我习惯用蓝色或白色光。蓝色光波长短，衍射小，精度高。白色光通用，但遇到彩色背景时容易混淆。

2.4 硬件搭建流程与SVG框架图

下面这张图是我做硬件搭建时的标准流程，从需求分析到最终验证，每一步都有坑。我把它画出来，你照着走基本不会出大问题。

2.5 实战案例：一个典型的视觉定位硬件配置

最后，我分享一个我实际做过的项目配置，供你参考：

这个配置跑下来，定位重复性在±0.02mm以内，机械臂抓得很稳。嗯，硬件选对了，后面的事就顺了。