对于做视觉的人来说，了解相关的硬件选择是必不可少的。视觉的硬件选型主要有光源、相机和镜头，其他的一些辅助硬件就没有必要耗时间专门去学习了。下面主要谈谈光源、相机和镜头的选择

对于光源的选择，主要考虑以下几个方面：

一、光源的类型

视觉的光源有很多种类型。普通的白炽灯也可以作为光源，但是效果不好。还有一些激光光源，但是价格昂贵。目前主流的是选择LED光源。LED光源使用时间长，发光稳定。而且，发光速度快，价格也不是很贵。因此，选择LED光源是主流。除了光源的类型之外，还要注意选择光源的形状，LED灯的形状有很多种，而且，可以根据实际要求进行定制。常见的LED灯的形状有环形光源、条形光源、同轴光、碗光源或穹顶光源。每种光源对光的反射不一样，呈现的图像也不一样。选择光源形状的时候，主要就是考虑光的反射对成像的影响。图1是LED的Demo灯的形状，也称为碗光源。这是一种漫反射光源。

图1 Demo灯

二、光源的颜色

不同的物体表面，对各种颜色的光的吸收和反射不一样。因此，呈现出来的图像也不一样。如对于红色背景上的特征，需要选择红色光源过滤掉背景。光源颜色的选择需要对光的吸收和反射原理比较熟悉。这方面可以查一下网上关于光的波长。很多人刚开始做视觉的时候，对光源不重视，这是不行的，光源在视觉中非常重要，选择好的光源才可能呈现清晰的图像，这是视觉能否成功的关键。图2是同一种物体采用白光和红光拍照效果，背景是红色，如果进行表面缺陷检测，采用白光的时候，表面的文字将影响表面成像效果，因此，需要选择红光，将红色的文字过滤掉。

图2 不同光源呈现的不同效果

三、光源的打光方式

这一点是最难把握的。很多人的主观感觉是一定要光源正对着物体，而且相机也要正对着物体这样来拍照，认为这样拍出来的图像效果最好，这就是对光源认识不够。光源的打光方式有很多种，对不同得到检测对象和检测要求，打光方式可能完全不一样，有时候可能还需要多种方式组合才能成清晰的图像。常见的打光方式针对不同的光源形状有：环形直射、带角度环形照射、低角度环形照射、背光照射、同轴照射、散射照明、组合照射等各种方式。在实际使用时，可以先预判一下采用什么方式照明，选择不同形状和颜色的光源，用手拿着光源和相机，变换不同的角度看图像的效果。图3是低角度暗场照明的例子，对表面凹凸表现力强。适用于晶片或玻璃基片上的伤痕检查。

图3 低角度暗场照明

光源的照射方式根据图像处理的要求来确定，比如，如果要检测零件的表面尺寸，一般采用背光照明，这样采集的图像轮廓比较明显。理解光源的选择对了解项目实施是否成功具有关键作用，因为好的图像质量才可能成功实施视觉项目，所以，真正在做视觉项目的时候，一定要多试几种光源，最好找卖光源相机的公司帮忙采图，因为他们的光源比较多，可以多个光源比较图像采集的效果。

对于工业相机的选择，工业相机与普通的相机是不同的，其稳定性和抗噪声能力要好很多。工业相机按照扫描方式分为面阵相机和线阵相机。人们一般知道的相机就是按一下快门照一张图像，工业相机是不一样的。因为采集图像的过程是需要控制的，不是随时都要采集图像，只在需要的时候采集图像，这时候通常要加一个触发传感器。面阵相机采图是一次采一张图像，而线阵相机每次是采集一条线的图像，线阵相机要在运动的平台上采图，而且，最好是相机不要动，让采集对象在平台运动，这样可以保证相机采集的图像质量比较稳定，线阵相机最麻烦的是要求采集的速度与运动平台的速度一致，不然采集的图像会变形。面阵相机的采集范围有限，而线阵相机的采集范围可以无限长。

选择相机主要关注相机的分辨率，采集速度(即最大帧率或行频)，曝光时间等方面的参数。此外，还有采集的图像的像素深度和像素尺寸，像素深度关系到图像的格式，这一点在后面专门介绍数字图像。而像素尺寸关系到图像处理的精度。这里介绍几个参数。

一、相机芯片的尺寸

芯片尺寸是用英寸来表示的，但是这个英寸与长度单位的英寸是有区别的，比如1/2'的芯片。芯片是一个长方形，对角线与长宽的比例是5:4:3，按照1'=对角线16mm来计算的，所以1/2'的芯片的长宽就是：

16*(1/2)*(4/5)=6.4mm，16*(1/2)*(3/5)=4.8mm。

其他的芯片大小都按照这种方式进行计算。

二、相机分辨率和芯片类型

相机的选择最重要的参数可能就是分辨率，这涉及到采集的图像的大小，从而对图像处理算法有影响。图像分辨率并不是越大越好，要根据具体的需求来确定。另外，相机时和镜头配合使用，需要注意相机镜头的接口是否一致。接口类型有C型、CS型、F型和V型。其中C型和CS型可以通过增加转接环实现通用。另外一个需要注意的地方是相机的芯片类型有CCD和CMOS两种，早期CCD芯片效果好，成像噪声小。但是现在CMOS芯片技术已经提升了，成像效果也非常好，以后可能CMOS芯片是主流。所以，不要听信卖家说CCD芯片就一定比CMOS芯片好。

三、相机的帧率

对面阵相机而言，相机的帧率就是一秒钟可以采集多少张图像，这个参数也很重要，在线检测的时候，产品运动速度可能很快，一秒钟可能十来个产品就过去了，所以，相机拍照速度一定要跟得上。对线阵相机而言，采集速度是指相机的行频，也就是1秒钟可以采集多少行图像。在采集图像的时候，相机的曝光时间和采集速度有一定关系，曝光时间越长，采集的速度越慢，图像可能看起来更亮，但是这会影响整个视觉系统时间，如果曝光时间不够，图像会很暗，这就是为什么要增加光源的原因，让光源把物体照亮，相机的曝光时间调小，一般可能都在1000以下，这样既可以保证采集速度，有可以保证足够曝光采集清晰的图像。

关于镜头的选择，镜头对于很多不了解计算机视觉的人来说，可能完全没有概念。因为我们平时用手机照相的时候，相机和镜头是一起的，觉得相机就有镜头。工业相机和镜头是分开的两个硬件。镜头主要用于相机的进光，如果没有镜头，相机得到的图像将是白茫茫一片，什么也看不出来。相机和镜头之间有接口，就是上面提到的几种类型，如果选择错了相机和镜头，相机和镜头两者无法连接，当然更加不能采集图像了。镜头主要关注的参数首先当然是焦距了。此外，还有光圈，镜头的分辨率等。焦距与以前物理光学中学的焦距是一样的，这里就不再解释。光圈主要是控制镜头进光量的多少，在镜头上有个"F"，就表示光圈，光圈是可以调整的，其实光源就是从来将镜头挡住一部分，因为镜头的大小不能调，只能采用遮挡镜头一部分来调整进光量。遮住部分的多少就是靠调整光圈的大小。此外，镜头的分辨率也是一个重要的参数。这里很多人觉得镜头的分辨率和相机的分辨率是一样的额，其实这是两个不同的概念，可能很多人说习惯了，就觉得镜头的分辨率和相机的分辨率是一样的。镜头的分辨率采用线对来表示，是指1mm内能分辨的黑白线对的数量，这个有个专业名词叫瑞利距离，想了解的可以去查一下。镜头、相机的选择与采集物体的视场有关系。这是一个相似三角形关系，可以看下面这个图，dw是工作距离，f是镜头焦距。通过这个可以确定视场大小，镜头焦距，相机分辨率，镜头分辨率，芯片大小等参数，从而实现硬件选型。其中要注意，镜头的分辨率一定要和相机的分辨率相适应，这样才能最大程度发挥相机的作用。

图4 相机镜头和视场关系

简言之，这三种硬件是计算机视觉最重要的硬件。做视觉的人需要了解这些硬件的参数，了解一些选择的方法。但是，也没有必要去精通这些硬件的选择，上面也提过，在实际应用中，更多的时候是通过硬件厂商来试具体哪种比较好，现场环境太复杂，一般没有办法一下子准确选择合适的硬件。只是了解了这些硬件选择知识，在项目前期进行准备的时候，做到心中有底，能够确定项目能否实施成功，项目的费用大概需要多少等等方面。还有，一般自己会准备几套光源相机和镜头作为实验用，这样对项目前期的采图比较有用，如果自己准备的硬件采集的图像不理想，也可以很快知道需要什么样的硬件。