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机械视觉检测之相机篇

发布时间:2019-08-02 14:38 来源:伟顾德

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。

其中,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图像传感器的开发则最早出现在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:

1、根据应用的不同分别选用CCD或CMOS相机CCD工业相机主要应用在运动物体的图像提取,如贴片机机器视觉,当然随着CMOS技术的发展,许多贴片机也在选用CMOS工业相机。用在视觉自动检查的方案或行业中一般用CCD工业相机比较多。 CMOS工业相机由成本低,功耗低也应用越来越广泛。

2、分辨率的选择首先考虑待观察或待测量物体的精度,根据精度选择分辨率。相机像素精度=单方向视野范围大小/相机单方向分辨率。则相机单方向分辨率=单方向视野范围大小/理论精度。若单视野为5mm长,理论精度为0.02mm,则单方向分辨率=5/0.02=250。然而为增加系统稳定性,不会只用一个像素单位对应一个测量/观察精度值,一般可以选择倍数4或更高。这样该相机需求单方向分辨率为1000,选用130万像素已经足够。

其次看工业相机的输出,若是体式观察或机器软件分析识别 ,分辨率高是有帮助的;若是VGA输出或USB输出,在显示器上观察,则还依赖于显示器的分辨率,工业相机的分辨率再高,显示器分辨率不够,也是没有意义的;利用存储卡或拍照功能,工业相机的分辨率高也是有帮助的。

3、与镜头的匹配传感器芯片尺寸需要小于或等于镜头尺寸,C或CS安装座也要匹配(或者增加转接口)。

4、相机帧数选择当被测物体有运动要求时,要选择帧数高的工业相机。但一般来说分辨率越高,帧数越低。



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