供应高速智能工业相机(图)
1. 项目背景
在坦克的顶部，安装一个距离地面3米左右的旋转台，在旋转台上安装一台高速相机，相机对距离坦克2~3公里处的目标进行侦测。
旋转台高速旋转，高速相机实时成像，要求能对目标范围内的物体清晰成像，并在360度范围内不能有检测盲点。
2. 技术指标要求
l 检测范围距离相机为2~3公里
l 在目标区域内的检测精度要达到0.2米的精度
l 高速旋转台以每秒16~24周的速度旋转
3. 技术难点
由于观测台距离地面的距离不大，而观测距离又比较远，所以在选取镜头及成像分析的时候，需要更好地计算才能满足设计要求。
高速旋转台以16~24周的速度旋转，为了保证在整个一周的旋转中，不出现检测区域的遗漏，需要高速相机拍摄，同时要分析目标的成像特性，合理选取目标的成像区域，提高整个系统的拍摄速度。
4. 系统解决方案
根据需求，如果我们要拍摄2km处的物体，在保证精度为0.2米的要求下，如果我们选分辨率为1024*1024的相机，则视场大小为0.2*1024≈200米。根据成像公式，我们可以计算出相机的焦距为108mm，如图：
图1 成像示意图
其中D=2000米，V=200米，f=108mm，v是相机的像面尺寸，v=10.85mm，r是视场角，其大小为r=2*arctan（v/f）=5.7513度。以该视场角扫描一周（360度），则至少需要扫描360/5.7513≈63幅图。如果要达到每秒扫描16~24周，则图像的拍摄速度将达到63*24=1512帧每秒。
在该视场角下，在距离旋转台很近的地方都可以成像，如图的光路图所示：
图2 实际成像光路示意图
所以物体的成像距离不能单单依据成像公式来计算，我们还要计算镜头的系统的景深，看在什么范围内可以清晰成像。
根据景深计算，我们在保证最低模糊度（0.001mm，即1um，单个像元的大小为10.9um，所以模糊度都不超过1个像素）的情况下，物距为2km，焦距为108mm时，景深图如下：
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Focus at the subject distance, 2000 m |
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1030.5 m |
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1609.7 m |
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2640.2 m |
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图3 景深示意图
所以从1.6km到2.6公里都可以清晰成像。
镜头视场角与地面的交接处为60m，我们假设监测1.6km到2.6km范围内的tank。如图所示，我们假设光轴与地面平行（不是水平面），如图：
图4 景深范围内的成像分析
视场角为5.75度，则在1.6公里处的D1=1.6*tan(r/2)*2*1000=160m，假设我们要拍摄的tank高度为10m（有可能在土坡上），根据成像，则我们可以取视场的1/16；在2.6km处，D2=2.6*tan(r/2)*2*1000=260m，则我们可以取视场的1/26。
另外，我们只是选取了ROI的大小，在选取ROI的时候，我们还要知道其位置。我们知道，物体成像是倒立的，从地面到光轴部分的成像在像面的中心上部，在光轴上部的区域成像在像面中心的下部。在1.6公里处，分辨率为160m/1024=0.156m,则光轴下部坦克部分的成像在像面中心上部，像元个数为3/0.156=20个。在光轴上部的区域，长度为10-3=7米，则成像在像面中心下部，像元个数为7/0.156=45个，则ROI的位置可以这么取，左上角坐标（x，y）为（0，492），ROI的宽度为1024，高度为20+45=65。如图所示：
图5 1.6km处的ROI选择
同样，可以知道在2.6km处，ROI的选取如图所示：
图6 2.6km处的ROI选择
所以选取在1.6km处的ROI，就可以满足整个视场的要求了。
再来计算一下速度，如果我们选Photonfocus的MV-D1024E-160-CL相机，其分辨率为1024*1024，在满幅下的拍摄速度可达150帧/秒。若按照我们的ROI选择，则可以达到2000多帧每秒，满足系统要求的每秒1512帧的拍摄速度。
综上所述，我们推荐如下解决方案：
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型号 |
推荐理由 |
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相机 |
瑞士Photonfocus的
MV-D1024E-160-CL-12 |
l 采用Linlog技术，能解决煤粉爆炸过程中相机曝光时间设置的问题
l 灵活的ROI设置，可以只输出爆炸点周围的图像，极大提高拍摄速度 |
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采集卡 |
德国Silicon Software的
ME IV FPGA图像采集卡 |
l 全FPGA设计，PCI-E接口，拥有完美的性能
l 与Photonfocus相机配合，可高速传输ROI图像，达到每秒8000帧的速度 |
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ROI设置 |
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l 大小：65*1024
l 位置：（0，492） |
