標籤:工業相機工業攝像機工業鏡頭CCD 數字相機工業線陣相機

工業相機是機器視覺系統中的一個關鍵組件,其最本質的功能就是將光信號轉變成AFT-808小型高清工業相機為有序的電信號。選擇合適的相機也是機器視覺系統設計中的重要環節,相機的不僅是直接決定所採集到的圖像解析度、圖像質量等,同時也與整個系統的運行模式直接相關。

1主要參數

1. 解析度(Resolution):相機每次採集圖像的像素點數(Pixels),對於數字相機機一般是直接與光電感測器的像元數對應的,對於模擬相機機則是取決於視頻制式,PAL製為768*576,NTSC製為640*480。
2. 像素深度(Pixel Depth):即每像素數據的位數,一般常用的是8Bit,對於數字相機機一般還會有10Bit、12Bit等。
3. 最大幀率(Frame Rate)/行頻(Line Rate):相機機採集傳輸圖像的速率,對於面陣相機機一般為每秒採集的幀數(Frames/Sec.),對於線陣相機為每秒採集的行數(Lines/Sec.)。
4. 曝光方式(Exposure)和快門速度(Shutter):對於線陣相機機都是逐行曝光的方式,可以選擇固定行頻和外觸發同步的採集方式,曝光時間可以與行周期一致,也可以設定一個固定的時間;面陣相機機有幀曝光、場曝光和滾動行曝光等幾種常見方式,數字相機一般都提供外觸發采圖的功能。快門速度一般可到10微秒,高速相機機還可以更快。
可以看到ccd晶元的工業相機外觀

  可以看到ccd晶元的工業相機外觀

5. 像元尺寸(Pixel Size):像元大小和像元數(解析度)共同決定了相機機靶面的大小。目前數字相機機像元尺寸一般為3μm-10μm,一般像元尺寸越小,製造難度越大,圖像質量也越不容易提高。
6. 光譜響應特性(Spectral Range):是指該像元感測器對不同光波的敏感特性,一般響應範圍是350nm-1000nm,一些相機機在靶面前加了一個濾鏡,濾除紅外光線,如果系統需要對紅外感光時可去掉該濾鏡。

2詳細介紹

工業相機又俗稱攝像機,相比於傳統的民用相機(攝像機)而言,它具有高的圖像穩定性、高傳輸能力和高抗干擾能力等,目前市面上工業相機大多是基於CCD(Charge Coupled Device)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)晶元的相機。CCD是目前機器視覺最為常用的圖像感測器。它集光電轉換及電荷存貯、電荷轉移、信號讀取於一體,是典型的固體成像器件。CCD的突出特點是以電荷作為信號,而不同於其它器件是以電流或者電壓為信號。這類成像器件通過光電轉換形成電荷包,而後在驅動脈衝的作用下轉移、放大輸出圖像信號。典型的CCD相機由光學鏡頭、時序及同步信號發生器、垂直驅動器、模擬/數字信號處理電路組成。CCD作為一種功能器件,與真空管相比,具有無灼傷、無滯后、低電壓工作、低功耗等優點。CMOS圖像感測器的開發最早出現在20世紀70 年代初,90 年代初期,隨著超大規模集成電路 (VLSI) 製造工藝技術的發展,CMOS圖像感測器得到迅速發展。CMOS圖像感測器將光敏元陣列、圖像信號放大器、信號讀取電路、模數轉換電路、圖像信號處理器及控制器集成在一塊晶元上,還具有局部像素的編程隨機訪問的優點。目前,CMOS圖像感測器以其良好的集成性、低功耗、高速傳輸和寬動態範圍等特點在高解析度和高速場合得到了廣泛的應用。

3分類

任何東西分類一定有它自己的分類標準,工業相機也不例外,按照晶元類型可以分為CCD相機、CMOS相機;按照感測器的結構特性可以分為線陣相機、面陣相機;按照掃描方式可以分為隔行掃描相機、逐行掃描相機;按照解析度大小可以分為普通解析度相機、高解析度相機;按照輸出信號方式可以分為模擬相機、數字相機;按照輸出色彩可以分為單色(黑白)相機、彩色相機;按照輸出信號速度可以分為普通速度相機、高速相機;按照響應頻率範圍可以分為可見光(普通)相機、紅外相機、紫外相機等。

4區別

1、工業相機的性能穩定可靠易於安裝,相機結構緊湊結實不易損壞,連續工作時間長,可在較差的環境下使用,一般的數碼相機是做不到這些的。例如:讓民用數碼相機一天工作24小時或連續工作幾天肯定會受不了的。
2、工業相機的快門時間非常短,可以抓拍高速運動的物體。
例如,把名片貼在電風扇扇葉上,以最大速度旋轉,設置合適的快門時間,用工業相機抓拍一張圖像,仍能夠清晰辨別名片上的字體。用普通的相機來抓拍,是不可能達到同樣效果的。
3、工業相機的圖像感測器是逐行掃描的,而普通的相機的圖像感測器是隔行掃描的, 逐行掃描的圖像感測器生產工藝比較複雜,成品率低,出貨量少,世界上只有少數公司能夠提供這類產品,例如Dalsa、Sony,而且價格昂貴。
4、工業相機的幀率遠遠高於普通相機。
工業相機每秒可以拍攝十幅到幾百幅圖片,而普通相機只能拍攝2-3幅圖像,相差較大。
5、工業相機輸出的是裸數據(raw data),其光譜範圍也往往比較寬,比較適合進行高質量的圖像處理演算法,例如機器視覺(Machine Vision)應用。而普通相機拍攝的圖片,其光譜範圍只適合人眼視覺,並且經過了mjpeg壓縮,圖像質量較差,不利於分析處理。
6、工業相機(Industrial Camera)相對普通相機(DSC)來說價格較貴。

5如何選擇

1、根據應用的不同分別選用CCD或CMOS相機
CCD工業相機主要應用在運動物體的圖像提取,如貼片機機器視覺,當然隨著CMOS技術的發展,許多貼片機也在選用CMOS工業相機。用在視覺自動檢查的方案或行業中一般用CCD工業相機比較多。 CMOS工業相機由成本低,功耗低也應用越來越廣泛。
2、解析度的選擇
首先考慮待觀察或待測量物體的精度,根據精度選擇解析度。相機像素精度=單方向視野範圍大小/相機單方向解析度。則相機單方向解析度=單方向視野範圍大小/理論精度。
若單視野為5mm長,理論精度為0.02mm,則單方向解析度=5/0.02=250。然而為增加系統穩定性,不會只用一個像素單位對應一個測量/觀察精度值,一般可以選擇倍數4或更高。這樣該相機需求單方向解析度為1000,選用130萬像素已經足夠。
其次看工業相機的輸出,若是體式觀察或機器軟體分析識別 ,解析度高是有幫助的;若是VGA輸出或USB輸出,在顯示器上觀察,則還依賴於顯示器的解析度,工業相機的解析度再高,顯示器解析度不夠,也是沒有意義的;利用存儲卡或拍照功能,工業相機的解析度高也是有幫助的。
3、與鏡頭的匹配
感測器晶元尺寸需要小於或等於鏡頭尺寸,C或CS安裝座也要匹配(或者增加轉介面);
4、相機幀數選擇
當被測物體有運動要求時,要選擇幀數高的工業相機。但一般來說解析度越高,幀數越低
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