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工业相机初步知识
作者:管理员    发布于:2014-02-15 10:58:33    文字:【】【】【

工业相机是机器 视觉系统中的一个关键组件,其最本 质的功能就是将光信号转变成AFT-808小型高 清工业相机为有序的电信号。选择合 适的相机也是机器视觉系统设计中的重要环节,相机的 不仅是直接决定所采集到的图像分辨率、图像质量等,同时也 与整个系统的运行模式直接相关。

主要参数

1. 分辨率(Resolution):相机每 次采集图像的像素点数(Pixels),对于数 字相机机一般是直接与光电传感器的像元数对应的,对于模 拟相机机则是取决于视频制式,PAL制为768*576,NTSC制640*480。
2. 像素深度(Pixel Depth):即每像素数据的位数,一般常用的是8Bit,对于数 字相机机一般还会有10Bit、12Bit等。
3. 最大帧率(Frame Rate)/行频(Line Rate):相机机 采集传输图像的速率,对于面 阵相机机一般为每秒采集的帧数(Frames/Sec.),对于线 阵相机为每秒采集的行数(Lines/Sec.)。
4. 曝光方式(Exposure)和快门速度(Shutter):对于线 阵相机机都是逐行曝光的方式,可以选 择固定行频和外触发同步的采集方式,曝光时 间可以与行周期一致,也可以 设定一个固定的时间;面阵相机机有帧曝光、场曝光 和滚动行曝光等几种常见方式,数字相 机一般都提供外触发采图的功能。快门速度一般可到10微秒,高速相 机机还可以更快。
5. 像元尺寸(Pixel Size):像元大小和像元数(分辨率)共同决 定了相机机靶面的大小。数字相 机机像元尺寸为3μm~10μm,一般像元尺寸越小,制造难度越大,图像质 量也越不容易提高。
6. 光谱响应特性(Spectral Range):是指该 像元传感器对不同光波的敏感特性,一般响应范围是350nm-1000nm,一些相 机机在靶面前加了一个滤镜,滤除红外光线,如果系 统需要对红外感光时可去掉该滤镜。
7.接口类型:有Camera Link接口,以太网接口,USB接口输出。

详细介绍

工业相 机又俗称摄像机,相比于 传统的民用相机(摄像机)而言,它具有 高的图像稳定性、高传输 能力和高抗干扰能力等,市面上 工业相机大多是基于CCD(Charge Coupled Device)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)芯片的相机。
CCD是目前 机器视觉最为常用的图像传感器。它集光 电转换及电荷存贮、电荷转移、信号读取于一体,是典型 的固体成像器件。CCD的突出 特点是以电荷作为信号,而不同 于其它器件是以电流或者电压为信号。这类成 像器件通过光电转换形成电荷包,而后在 驱动脉冲的作用下转移、放大输出图像信号。典型的CCD相机由光学镜头、时序及 同步信号发生器、垂直驱动器、模拟/数字信 号处理电路组成。CCD作为一种功能器件,与真空管相比,具有无灼伤、无滞后、低电压工作、低功耗等优点。
CMOS图像传 感器的开发最早出现在20世纪70 年代初,90 年代初期,随着超 大规模集成电路 (VLSI) 制造工艺技术的发展,CMOS图像传 感器得到迅速发展。CMOS图像传 感器将光敏元阵列、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换电路、图像信 号处理器及控制器集成在一块芯片上,还具有 局部像素的编程随机访问的优点。CMOS图像传 感器以其良好的集成性、低功耗、高速传 输和宽动态范围等特点在高分辨率和高速场合得到了广泛的应用。

分类

任何东 西分类一定有它自己的分类标准,工业相机也不例外。
按照芯 片类型可以分为CCD相机、CMOS相机;
按照传 感器的结构特性可以分为线阵相机、面阵相机;
按照扫 描方式可以分为隔行扫描相机、逐行扫描相机;
按照分 辨率大小可以分为普通分辨率相机、高分辨率相机;
按照输 出信号方式可以分为模拟相机、数字相机;
按照输 出色彩可以分为单色(黑白)相机、彩色相机;
按照输 出信号速度可以分为普通速度相机、高速相机;
按照响 应频率范围可以分为可见光(普通)相机、红外相机、紫外相机等。

区别

1、工业相 机的性能稳定可靠易于安装,相机结 构紧凑结实不易损坏,连续工作时间长,可在较 差的环境下使用,一般的 数码相机是做不到这些的。例如:让民用 数码相机一天工作24小时或 连续工作几天肯定会受不了的。
2、工业相 机的快门时间非常短,可以抓 拍高速运动的物体。
例如,把名片 贴在电风扇扇叶上,以最大速度旋转,设置合适的快门时间,用工业 相机抓拍一张图像,仍能够 清晰辨别名片上的字体。用普通的相机来抓拍,是不可 能达到同样效果的。
3、工业相 机的图像传感器是逐行扫描的,而普通 的相机的图像传感器是隔行扫描的, 逐行扫 描的图像传感器生产工艺比较复杂,成品率低,出货量少,世界上 只有少数公司能够提供这类产品,例如Dalsa、Sony,而且价格昂贵。
4、工业相 机的帧率远远高于普通相机。
工业相 机每秒可以拍摄十幅到几百幅图片,而普通相机只能拍摄2-3幅图像,相差较大。
5、工业相 机输出的是裸数据(raw data),其光谱 范围也往往比较宽,比较适 合进行高质量的图像处理算法,例如机器视觉(Machine Vision)应用。而普通 相机拍摄的图片,其光谱 范围只适合人眼视觉,并且经过了mjpeg压缩,图像质量较差,不利于分析处理。
6、工业相机(Industrial Camera)相对普通相机(DSC)来说价格较贵。

如何选择

工业相 机一般安装在机器流水线上代替人眼来做测量和判断,通过数 字图像摄取目标转换成图像信号,传送给 专用的图像处理系统,图像系 统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征,进而根 据判别的结果来控制现场的设备动作。
首先要 弄明白的是自己的检测任务,是静态 拍照还是动态拍照、拍照的频率是多少、是做缺 陷检测还是尺寸测量或者是定位、产品的大小(视野)是多少、需要达到多少精度、所用软件的性能、现场环境情况如何、有没有 其它的特殊要求等。

  如果是动态拍照,运动速度是多少,根据运 动速度选择最小曝光时间以及是否需要逐行扫描的相机;而相机的帧率(最高拍照频率)跟像素有关,通常分 辨率越高帧率越低,不同品 牌的工业相机的帧率略有不同;

  根据检测任务的不同、产品的大小、需要达 到的分辨率以及所用软件的性能可以计算出所需工业相机的分辨率;现场环 境最要考虑的是温度、湿度、干扰情 况以及光照条件来选择不同的工业相机。
举例说明:如我们 的检测任务是尺寸测量,产品大小是18mm*10mm,精度要求是0.01mm,流水线作业,检测速度是10件/秒,现场环 境是普通工业环境,不考虑干扰问题。
首先我 们知道是流水线作业,速度比较快,因此选 用逐行扫描相机;视野大 小我们可以设定为20mm*12mm(考虑每 次机械定位的误差,将视野 比物体适当放大),假如我 们能够取到很好的图像(比如可以打背光),而且我 们软件的测量精度可以考虑1/2亚像素精度,那么我 们需要的相机分辨率就是20/0.01/2=1000pixcel(像素),另一方向是12/0.01/2=600pixcel,也就是 说我们相机的分辨率至少需要1000*600pixcel,帧率在10帧/秒,因此选择1024*768像素(软件性 能和机械精度不能精确的情况下也可以考虑1280*1024pixcel),帧率在10帧/秒以上的即可。

脚注信息
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