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工业相机 更新时间:2011-05-23 14:24

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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,目前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。目前,CMOS图像传感器以其良好的集成性、低功耗、高速传输和宽动

工业相机主要参数

  • 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制为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.),对于线阵相机机为每秒采集的行数(Hz)。
    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。目前数字相机机像元尺寸一般为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。

工业相机与一般相机的区别

  • 1、工业相机的快门时间非常短,可以抓拍快速运动的物体。
    例如,把名片贴在电风扇扇叶上,以最大速度旋转,然后用工业相机抓拍一张图像,仍能够清晰辨别名片上的字体。用一般的相机来拍摄,是不可能达到这样效果的。
    2、工业相机的图像传感器是逐行扫描的,而一般摄像机的图像传感器是隔行扫描的,甚至是隔三行扫描的。
    逐行扫描的图像传感器生产比较困难,成品率低,出货量也少,世界上只有少数几个公司能够提供这类产品,例如Dalsa、Sony,而且价格昂贵。百万级逐行扫描ccd的价格,从人民币4000元到3万元不等,其中的技术参数繁多,也不在此赘述了。只有采用逐行扫描的图像传感器,才有可能清晰抓拍快速运功物体。如MV-VD高速工业数字相机、MV-VS系列1394接口CCD工业相机,无论从价格还是质量都是非常不错的。
    3、工业相机的拍摄速度远远高于一般相机。
    工业相机每秒可以拍摄十幅到几百幅图片,而一般相机只能拍摄2-3幅图像,相差太多了。
    4、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。而一般的相机(DSC)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。

工业相机的分类

  • 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:
    1、按照芯片类型可以分为CCD相机、CMOS相机;
    2、按照传感器的结构特性可以分为线阵相机、面阵相机;
    3、按照扫描方式可以分为隔行扫描相机、逐行扫描相机;
    4、按照分辨率大小可以分为普通分辨率相机、高分辨率相机;
    5、按照输出信号方式可以分为模拟相机、数字相机;
    6、按照输出色彩可以分为单色(黑白)相机、彩色相机;
    7、按照输出信号速度可以分为普通速度相机、高速相机;
    8、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。

工业相机的选择

  • 做图像处理,处理的对像是从工业相机来的图像,所以,工业相机的选择是不可缺少而且非常重要的一步。
    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;而相机的桢率(最高拍照频率)跟像素有关,通常分辨率越高桢率越低,不同品牌的工业相机的桢率略有不同;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,桢率在10桢/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),桢率在10桢/秒以上的即可。

工业相机应用领域

  • 1、工业领域,如开发金属材料及树脂材料时,用来观察材料受到冲击时内部裂纹产生的方向、状态等,可用来分析材料被破坏时物质的结构;
    2、体育项目上,如捕捉棒球及高尔夫球击球时球的状态、与空气产生的阻力等等。
    3、包装和标签行业的印刷过程中,能够实时检测到高速印刷中非常细微的印刷缺陷。发现印刷缺陷可以为生产提供有价值的信息,以便在生产过程中采取措施,减少最终的损失。各种印刷中常见的缺陷如划痕、灰尘、漏印、墨痕和褶皱等都可以轻松被检测出来。不但提高投资回报和减少废品发出,更提高了客户满意度和信任度。
    4、在开发产品和验证产品等方面,数字工业相机对被摄物的大小没有限制,根据镜头的条件,既可拍摄一般物质,也可用于摄影。

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