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有序的电信号。
梧桐树，三更雨，不道离，情正苦。
34, 34, 34; white-space: normal; background-color: rgb255, 255, 255; text-align: left;">一什么是工业相机
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选择不仅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
34, 34, 34; white-space: normal; background-color: rgb255, 255, 255; text-align: left;">二工业相机在机器视觉系统中的地位和作用
功能光信号转变成有序的电信号
34, 34, 34; white-space: normal; background-color: rgb255, 255, 255; text-align: left;">三工业相机的主要参数
1. 分辨率Resolution:
分辨率指的是每次采集图像的像素点数Pixels通常用长*宽表示我们常说多少万像素相机就是由分辨率计算得来的比如分辨率 1280pixel*1024pixel1280*1024=1310720就是130万像素的相机分辨率在一定意义上决定了机器视觉系统能够达到的精度
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10Bit12Bit14Bit等
3. 最大帧率Frame Rate/行频Line Rate:相机采集传输图像的速率对于面阵相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靶面的大小数字相机像元尺寸为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1394接口USB接口输出目前最新的接口有CoaXPress接口
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CCDCharge Coupled Device或CMOSComplementary 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
34, 34, 34; white-space: normal; background-color: rgb255, 255, 255; text-align: left;">四相机分类
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DalsaSony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
五企业应用如何选择
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
1通常您首先需要知道系统精度要求和相机分辨率可以通过公式:
X方向系统精度X方向像素值=视野范围X方向/CCD芯片像素数量 X方向
Y方向系统精度Y方向像素值=视野范围Y方向/CCD 芯片像素数量 Y方向
2当然理论像素值的得出要由系统精度及亚像素方法综合考虑;接着您要知道系统速度要求与相机成像速度:
系统单次运行速度=系统成像包括传输速度+系统检测速度
虽然系统成像包括传输速度可以根据相机异步触发功能快门速度等进行理论计算最好的方法还是通过软件进行实际测试
3再接着您要将相机与图像采集卡一并考虑因为这涉及到两者的匹配:
视频信号的匹配:对于黑白模拟信号相机来说有两种格式CCIR和RS170EIA通常采集卡都同时支持这两种相机;
分辨率的匹配:每款板卡都只支持某一分辨率范围内的相机;
特殊功能的匹配:如要是用相机的特殊功能先确定所用板卡是否支持此功能比如要多部相机同时拍照这个采集卡就必须支持多通道如果相机是逐行扫描的那么采集卡就必须支持逐行扫描
接口的匹配:确定相机与板卡的接口是否相匹配如CameraLinkGIGECoxPressUSB3.0等
4在满足您对检测的必要需求后最后才应该是价格的比较
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