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成像设置基础原理

本页介绍适用于 OV20i 摄像头系统的 AI 基于检测的最佳图像质量所依赖的核心原理与技术基础。

图像采集理论​

Sony IMX296 传感器架构​

OV20i 采用专为工业视觉应用选择的 Sony IMX296 传感器。

传感器特性：

  • Resolution: 1.6 MP，针对检查细节和处理速度进行了优化
  • Frame Rate: 60 fps，适用于高速生产线
  • Shutter Type: 全局快门，具备对运动和振动免疫的特性
  • Pixel Quality: 高质量像素，确保 AI 模型性能的一致性

Global Shutter Benefits：

  • Motion Immunity - 在部件移动期间消除滚动快门畸变
  • Vibration Resistance - 在工业环境中实现稳定的图像捕获
  • Consistent Timing - 所有像素同时曝光以实现准确成像
  • High-Speed Compatibility - 支持快速生产线集成

Lens System Integration Theory​

S-Mount Compatibility:
OV20i 采用标准的 S-mount (M12) 镜头螺纹，与任意 S-mount 镜头兼容。然而，以下焦距在工业视觉应用中较为常用并被推荐。

Available Focal Length Options:
镜头焦距（6mm、8mm、12mm、16mm、25mm）可在 Imaging Setup 下选择。OV20i 出厂自带的是 12mm 镜头。成像设置包含这些特定焦距选项，是因为软件内置了镜头畸变校正算法，能够消除各镜头的鱼眼效应，使图像在几何上更准确、接近方形。

Common S-Mount Focal Lengths:

  • 6mm - 视野广、工作距离近、工件较大
  • 8mm - 视野平衡、工作距离中等
  • 12mm - 标准镜头，对于大多数应用的最佳平衡（工厂默认）
  • 16mm - 视野更窄、工作距离更长、工件更小
  • 25mm - 望远，最大工作距离，精确细节检测

S-Mount Lens Flexibility:

  • Universal Compatibility - 任何 S-mount 镜头都可以物理安装
  • Recommended Options - 上述焦距为典型工业视觉任务而优化
  • Custom Applications - 可提供其他 S-mount 焦距以满足特定需求
  • Easy Replacement - 标准螺纹，便于快速更换镜头

Optical Considerations:

  • Working Distance - 焦距与安装高度的关系
  • Field of View - 4:3 宽高比，宽度乘以 0.75 得出高度
  • Depth of Field - 可接受的对焦范围，以实现部件检验的一致性
  • Motorized Focus - 用于实现最佳清晰度的精确对焦调节

照明系统设计原则​

8 Programmable PWM LED Architecture​

LED System Specifications：

  • LED Count: 8 颗可编程白光 LED
  • Control Method: PWM（脉宽调制）用于实现精确强度控制
  • Spectral Output: 白光 LED，提供颜色中性照明
  • Power Management: 集成热管理与功率效率优化

PWM Control Benefits：

  • Precise Intensity - 精确亮度控制，确保一致的照明
  • Repeatability - 数字控制确保跨捕获的一致照明
  • Power Efficiency - PWM 能降低发热和功耗
  • Integration Ready - 与相机曝光协调，以实现最佳时序

用于 AI 视觉检测的照明策略​

Illumination Fundamentals:

  • Contrast Enhancement - 对比度增强
  • Shadow Minimization - 阴影最小化
  • Surface Texture Revelation - 表面纹理揭示
  • Consistency Requirements - 一致性要求

Lighting Configuration Principles:

  • Direct Illumination - 直接照明
  • Diffused Illumination - 漫射照明
  • Angle Optimization - 角度优化
  • Intensity Balancing - 强度平衡

Camera Settings Optimization Theory​

Exposure Control Fundamentals​

Exposure.gif

Exposure Time Management: 最大曝光时间现为 500 ms，之前为 150 ms，在新版本中可进一步扩展至 1 秒。

Exposure Configuration:

  • Automatic Exposure - 自动曝光
  • Manual Exposure - 手动曝光
  • Exposure Range - 曝光范围
  • Motion Considerations - 运动考虑

Exposure Optimization Strategy:

  • Lighting Coordination - 照明协调
  • Noise Management - 噪声管理
  • Dynamic Range - 动态范围
  • Consistency - 一致性

Focus and Optical Optimization​

Focus Control Methods:

  • Motorized Focus - 电动对焦

  • Manual Focus - 手动对焦

  • Focus Validation - 对焦验证

  • Depth of Field - 景深

  • Focus Range Management for part variation tolerance - 用于部件公差容忍度的对焦范围管理

    Focus.gif

Lens Distortion Correction Mode: 提高成像精度，通过在成像设置过程中矫正镜头畸变。所有镜头都存在一定程度的畸变，且畸变在镜头焦距越短时越明显。通过矫正镜头畸变，可以提高对齐和模型预测的准确性，确保零件在画面中任意位置都具有尺寸精度。

Distortion Correction Benefits:

  • Dimensional Accuracy - 尺寸精度

  • Alignment Enhancement - 对齐提升

  • AI Model Performance - AI 模型性能

  • Edge Quality - 边缘质量

    Lens Correction.gif

AI 模型的图像质量​

分辨率与像素利用​

Resolution Optimization：

  • 1.6 MP Effective - 在细节捕捉与处理速度之间取得平衡
  • Pixel-to-Real-World Scaling - 实现像素到实物的标定以获得准确的尺寸测量
  • ROI Optimization - 在检查区域内最大化分辨率利用率
  • Processing Efficiency - 分辨率与 AI model 要求相匹配

Image Quality Metrics：

  • Sharpness - 对特征检测至关重要的边缘定义
  • Contrast - 足够的动态范围，便于 AI model 判别
  • Noise Level - 低噪声的图像可提升 AI model 的可靠性
  • Consistency - 整个生产过程中的可重复图像特征

Consistency Requirements for AI​

AI Model Stability Factors：

  • Lighting Repeatability - 一致的照明以实现可靠的 AI 性能
  • Focus Consistency - 在整个生产过程中的稳定对焦
  • Exposure Stability - 固定曝光设置以实现一致的特征检测
  • Color Balance - 中性颜色呈现以实现准确分析

Image Standardization：

  • Reference Standards - 训练和推理的一致成像条件
  • Calibration Procedures - 对成像系统性能的定期验证
  • Environmental Compensation - 针对不断变化的生产条件进行调整
  • Quality Validation - AI 处理前的图像质量评估

工业环境考虑​

Environmental Adaptation​

Operating Environment：

  • Temperature Range - 在工业温度变化范围内保持稳定运行
  • Thermal Management - 热管理以确保稳定性能
  • Vibration Resistance - 在生产环境中的机械稳定性
  • Contamination Protection - IP54 等级的防尘和防潮性能

Mounting and Installation：

  • Mechanical Stability - 为保持成像几何的一致性而进行稳固安装
  • Thermal Considerations - 高温环境下的前部安装点
  • Accessibility - 清洁与调整的维护访问
  • Integration - 与现有生产设备的兼容性

Production Integration Theory​

System Integration Requirements：

  • Timing Synchronization - 使成像与生产线速度保持同步
  • Environmental Lighting - 考虑环境光照变化
  • Maintenance Planning - 定期清洁与校准程序
  • Long-term Stability - 长时间运行中的一致性性能

Performance Optimization：

  • Line Speed Compatibility - 成像速度满足生产需求
  • Quality Consistency - 在整个生产过程中保持图像质量
  • Predictive Maintenance - 监控成像系统性能趋势
  • Calibration Schedules - 对光学与照明系统的定期验证

Configuration Best Practices​

Imaging Setup Workflow​

Setup Sequence：

  1. Lens Selection - 为应用选择合适的焦距
  2. Focus Optimization - 实现部件特征的最佳锐度
  3. Lighting Configuration - 设定 LED 强度与均匀性
  4. Exposure Setting - 在曝光时间与照明之间取得平衡，以实现最佳图像质量
  5. Distortion Correction - 若尺寸精度关键则启用

性能验证​

图像质量评估：

  • Focus Validation - 验证视场内边缘清晰度
  • Lighting Uniformity - 检查均匀照明分布
  • Exposure Optimization - 验证动态范围的正确利用
  • Consistency Testing - 验证可重复成像性能

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