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机器视觉:初识工业相机

机器视觉:初识工业相机 成都佳洋光电科技有限公司
2023-05-10
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导读:日常生活中大家常用手机或各种形号的相机,用与拍照拍摄视频。然而还有一种相机,却远离大众,它就是工业相机。
日常生活中大家常用手机或各种形号的相机,用与拍照拍摄视频。然而还有一种相机,却远离大众,它就是工业相机。
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。


民用相机不能替代工业相机原因

(1)数据实时性工业相机广泛用于:工业检测、医疗影像、体育娱乐、农业生产、激光测量等。这些场合都要求相机可以实时传输图像数据,并且可以根据需要使用程序控制拍摄参数。民用相机的封闭性不允许这样做。

(2)数据真实性民用相机为了模拟出人眼看的效果,会通过彩色滤光矩阵输出彩色图像,对图像进行色彩增强算法。很显然民用相机在这个过程中“凭空制造”了数据,并不是每个像素都是由实际感应到的光线强度转换而来的。这对后期基于图像数据做判断的执行机构是致命的。工业相机需要真正“客观”、“真实”的反应客观世界。

(3)稳定性这里的稳定性不是指相机损坏不能工作,准确的说,应该是产品在时间维度上的一致性,不能随着使用时间的增加,其技术参数会发生变化。主要体现在相机生产时对芯片质量功率, 热噪声等的控制上。民用相机远远比不过工业相机。

工业相机是机器视觉系统中的一个关键组件

       就是替人眼来做测量和判断,其本质的功能就是将光信号转变成为有序的电信号,将这个信号A/D转换并送到处理器后,就可以处理、分析、识别。相机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。

工业相机的知识重点

1.图像传感器类型(Sensor)许多像素点(Pixel)按照矩阵形式进行排列,

按照工作原理可以分为CCD、CMOS,

 由于CMOS传感器每个像素点都有一个电信号放大器,因此每个像元有效感光面积会小于同尺寸的CCD,从成像效果来说跟CCD有一定差距,在低照度环境下噪声大,但是价格也比较低廉。

2.分辨率(Resolution)分辨率用来描述像素点的分布情况,由横向像素点数(H)x竖向像素点数(V),其乘积接近于相机的像素值,就是我们平时说到的几百万像素或者几千万像素, 

常用面阵工业相机像素值为130万、200万、500万象素等,线阵传感器的竖向像素点(V)一般有1~4行,描述按照横向像素点数(H)分为1K、2K、4K、6K、8K,16K等(1K=1024)。

3.像素尺寸(Pixel Size)是指每个像素的实际大小,为正方形,单位um,        像大小和像数共同决定了相机靶面的大小,工业相机像尺寸一般为1.4um-14um,像尺寸越小,制造难度越大,适配的镜头也比较少,图像质量也越不容易提高。

4.传感器尺寸常用语靶面,是指传感器实际大小以对角线实际长度为传感器尺寸,以英寸(“)为单位,表示为(X/Y)x1”(这里的1“=16mm,并非25.4mm),常见的长宽比为4:3,下图例出常见的面阵传感器尺寸:


5.扫描方式;按照图像传感器的结构特性可以分为线阵面阵

线阵传感器工作时类似于扫描仪一行或多行像素,进行循环曝光,在电脑上逐行生成一帧完整图像,扫描速度比较快,
面阵相机传感器是像素点按照矩阵排列,传感器曝光完成后直接输出;一种可以一次性的获取图像并能及时进行图像采集的相机。

6电子快门工业相机一般都具备电子快门特性,电子快门不需任何机械部件,采用电子快门控制传感器的感光时间。较高的快门速度对于观察运动图像会产生一个“停顿动作”效应,从而大大地增加了相机的动态分辨率。

7.曝光时间(Exposure)传感器将光信号转换为电信号形成一帧图像,每个像元接受光信号的过程叫曝光。所花费的时间叫曝光时间,也叫快门速度;

8.曝光方式常见的为行曝光(Rollingshutter)与帧曝光(globalshutter)

行曝光也叫卷帘快门是指从传感器左上角开始逐行曝光,

帧曝光也叫全局快门,是指整个传感器所有像素同时曝光;

9.帧率(Fps)面阵相机参数,指相机采集传输图像的速率,每秒采集或曝光的帧(Frames/Sec.),一般为该相机支持的最大曝光次数;

10.行频(Line Rate)线阵相机参数,指传感器每秒钟采集或曝光多少行,一般为最大曝光多少行,单位Hz;

11.帧存相机内部一个缓存单元,主要用于将传感器采集到的图像数据进行缓存,然后再向外传输,一般存储空间可缓存2张以上图片数据,可防止因为数据堵塞造成的数据丢失;

12.像素位深(Pixel Depth)即每像素数据的位数,像素位深也叫数据位数,一般为8位、12位,14位,16位等,主要是指在相机内部进行模拟信号转数字信号后,使用多少位数据来描述单个像素点的图像信息,一般来说数据位数越高描述的数据越精确;

13.镜头接口工业相机与镜头连接的接口标准,主要接口有CS(安防、监控行业为主)、CF,Mxx(xx为直径),不同接口直径、螺纹、镜片与相机传感器之间的距离不同;

14.光谱响应特性(Spectral Range)指该像元传感器对不同光波的敏感特性,一般相机响应范围是350nm-1000nm彩色相机在传感器跟镜头之间加了一个滤镜,滤除红外光线,因此彩色相机只响应可见光波段,如果系统需要对红外感光时建议使用黑白相机。

15.数据接口模拟相机主要有AV、BNC接口,适配同轴电缆,数字相机根据发展顺序有USB.1394、千兆网、Cameralink等,每种接口有不同时期的版本,具体参数可参考下表:


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