计算摄像头传感器分辨率和镜头焦距

首先，定义基本术语。

• 视野 (FOV)：摄像头的采集图片的区域
• 最小特征：要在图片中检测到最小特征的大小
• 工作距离 (WD)：镜头前端至被检物体之间的距离

请参考下图：

按照下列两个步骤为应用场景选择摄像头最低分辨率以及合适的焦距。

1. 计算最低传感器分辨率：了解视野和要检测的最小特征。
2. 选择摄像头：选定摄像头之后，可使用传感器大小计算得到焦距。

图像的分辨率就是单位面积内像素点的数量。分辨率有两个维度，例如，640X480。可以单独计算每个维度。简单起见，通常只计算一个维度。

如要对图片进行精确测量，最小特征必须要有两个以上的像素。计算最低传感器分辨率：视野的大小（实际单位）乘以2（或每个最小特征的像素数），除以最小特征的大小，如下列公式所示：

计算传感器分辨率：

• 例1： 视野为100mm，最小特征为1mm。根据公式，所需的最低传感器分辨率为200像素。可选择分辨率为640x480的相机，因为两个维度均大于最低200像素的要求。
• 例2： 视野为500mmX600mm，最小特征为2mm。假设最小特征是直径为2mm的圆形区域。根据公式，所需的最低传感器分辨率为500X600像素。在该情况下，640X480的传感器不适用。在这种情况下，可选择分辨率为1024X768 或者 1280X1024的摄像头。

只要已知三个变量，就可使用该公式求得其他变量的值。

传感器尺寸是指传感器的实际大小。产品规范上通常不会注明该值。将像素大小乘以分辨率，即可得到传感器尺寸。

计算传感器大小：

• 例3：Basler acA1300-30um的像素大小为3.75 x 3.75um，分辨率为1296 x 966像素。传感器尺寸为(3.75um x 1296) x (3.75um x 966) = 4.86 x 3.62mm。

传感器规格是指传感器的实际大小。传感器规格跟像素大小不相关。该参数用于判断摄像头适用的镜头。为了使镜头与摄像头兼容，镜头的规格需要大于或等于传感器规格。如果使用较小规格的镜头，则图像会出现渐晕现象，导致在镜头规格区域之外的传感器区域变暗。

一般情况下，镜头为定焦镜头。但是，工作距离是灵活可变的。简便起见，计算工作距离和焦距的比值。这样有助于使用特定的镜头焦距判断所需的工作距离。如果工作距离是有限的，通过该比率计算可得到该工作距离下适用的镜头焦距。这样有助于使用一个范围的工具距离获得镜头焦距的范围。选择了镜头之后，即可重新计算所需的精确工作距离。

计算公式如下：

计算镜头焦距：

• 例4（使用灵活的工作距离）：视野为508mm  x 381mm，传感器大小为8.47mm（对角线）。工作距离与焦距的比例为381mm / 8.47mm = 45:1。所以，如选择25mm的焦距（约1"），则需要大约1140mm (45")的工作距离。如最大工作距离为889mm (35")，通过比例(1:45)倒推得到最大焦距为35/45 = 19.76mm (7/9")。16mm焦距的摄像头适用，重新计算得到工作距离为711.2mm (28")。
• 例5 （使用固定工作距离）：视野为609.6mm x 609.6mm，传感器规格为12.7mm（对角线），工作距离为1016mm。为了精确地得到焦距，需要知道传感器的长宽比。如果没有长宽比，对角线也可。根据上述焦距公式，得到焦距为(12.7X1016)/609.6 = 21.2mm。这不是一个常见的焦距，所以需要调整工作距离或者使用可变焦的非标准镜头。

定焦镜头的焦距通常为固定的几个值。常见的镜头焦距包括6毫米、8毫米、12.5毫米、25毫米、50毫米。一旦您选择焦距与图像采集系统所需焦距最接近的镜头，需调整工具距离，将被摄物体放在焦点位置。

注：短焦镜头（小于12毫米）拍摄的图片会有较大的扭曲和失真。如应用场景对图像失真敏感，请尝试增加工作距离或使用较大焦距的镜头。如无法改变工作距离，会影响您可选择的镜头范围。

如使用Basler相机，请使用Basler镜头选择器选择合适的镜头。

• 图像采集系统设置
• 外部链接：Basler镜头选择工具