工业相机的选型

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1、 工业相机选择的一些参数 1. 工业相机：本质上是将光子信号转换为数字信号的设 备，而这里所谓的数字信号就是图像。这些图像不一定非得看起来如 何美轮美奂，在工业机器视觉领域，只需要相机尽可能精确的将光信 号转换为电信号。 所以，工业相机不会美化它拍摄的画面， 同理， 机器视觉领域也应尽量避免压缩图像。 2. 数码相机：表现为胶卷，一种利用电子传感器把光学影 像转换成电子数据的照相机。用于区别与胶卷相机。 3. 图像感光芯片：以前工业相机都使用CCD芯片。 这使得 相机具有高灵敏度和低图像噪声。 此外，CCD工业相机还具有以下三 个主要特征：1、全局快门；2、黑白与彩色两种型号；3、长期都有 库

2、存。与此同时，越来越多的CMOS感光芯片也被用于工业相机领域。 由于它们成本较低，可以有效降低机器视觉应用的整体造价。 但大 多数CMOS相机的卷帘式快门限制了其应用领域 4. CCD 主要有以下几种类型： a) 面阵CCD：允许拍摄者在任何快门速度下一次曝光拍摄移 动物体。 b) 线阵CCD：用一排像素扫描过图片，做三次曝光分别 对应于红、绿、蓝三色滤镜，正如名称所表示的，线性传感器是捕捉 一维图像。初期应用于广告界拍摄静态图像，线性阵列，处理高分辨 率的图像时，受局限于非移动的连续光照的物体。 c) 三线传感器CCD：在三线传感器中，三排并行的像素分别 覆盖 RGB滤镜，当捕捉彩色图片时，

3、完整的彩色图片由多排的像素来 组合成。三线CCD传感器多用于高端数码相机，以产生高的分辨率和 光谱色阶。 d) 交织传输CCD：这种传感器利用单独的阵列摄取图像和电 量转化，允许在拍摄下一图像时在读取当前图像。交织传输CCD通常 用于低端数码相机、摄像机和拍摄动画的广播拍摄机 e) 全幅面CCD：此种CCD 具有更多电量处理能力，更好动态 范围，低噪音和传输光学分辨率，全幅面CCD 允许即时拍摄全彩图 片。全幅面 CCD由并行浮点寄存器、串行浮点寄存器和信号输出放大 器组成。全幅面CCD 曝光是由机械快门或闸门控制去保存图像，并行 寄存器用于测光和读取测光值。图像投摄到作投影幕的并行阵列上。

4、第 1 页 此元件接收图像信息并把它分成离散的由数目决定量化的元素。这些 信息流就会由并行寄存器流向串行寄存器。此过程反复执行，直到所 有的信息传输完毕。接着，系统进行精确的图像重组。 5. 镜头：机器视觉技术的应用领域非常广泛。因此，大部 分工业相机在发售时都不带镜头，但带有镜头基座。工业镜头接口有 两种型号：C和CS。二者间不同之处在于感光距离不同： a) C：C式安装座从基准面到焦点的距离为17.562毫米 b) CS：CS式距焦点距离为12.5毫米 6. 数字I/O接口：机器视觉的定义不仅仅是捕捉到图像，还 包括与机器的交互。为此，工业相机提供了数字I/O接口。其中用的 最多的就是外触

5、发输出。在外触发模式下，相机根据外界事件触发快 门，捕捉图像。典型的应用就是传送带上安装光栅，然后将工业相机 放置在旁边。当有目标物体经过光栅时，触发脉冲信号，进而让相机 曝光。 7. CCD靶面大小的区别： a) 目前采用的芯片大多数为1/3”和1/4” b) 特别是对摄像角度有比较严格要求的时候，CCD靶面的大 小，CCD与镜头的配合情况将直接影响视场角的大小和图像的清晰 度。 c) 靶面越大，成像质量越好 8. 扫描制式： a) PAL制：中国采用逐行倒像（PAL）制式（黑白为CCIR ），标准为625行，50场 b) NTSC制：日本采用隔行扫描NTSC制式，525行，60场（黑 白为

6、EIA）。影像容易受到相位干扰。 c) 发展到数码摄像机时代之后，计算机的视频采集就成了 很重要的步骤，制式的差别影响也就没这么大了。如果是用1394卡从 数码摄像机上攫取视频进而编辑处理的话，无论是NTSC还是PAL都基 本上是相同的 第 2 页 9. 帧速率：是指每秒钟刷新的图片的帧数，也可以理解为 图形处理器每秒钟能够刷新几次。对影片内容而言，帧速率指每秒所 显示的静止帧格数。要生成平滑连贯的动画效果，帧速率一般不小于 8；而电影的帧速率为24fps。捕捉动态视频内容时，此数字愈高愈 好。 10. 信噪比：一般监控摄像机的图像信噪比是在50dB，信噪比是 信号电压对于噪声电压的比值，通常

7、用符号s/n来表示。由于在一般 情况下，信号电压远高于噪声电压，比值非常大，信噪比的单位用db 来表示。一般摄像机给出的信噪比值均是在agc（自动增益控制）关 闭时的值，因为当agc接通时，会对小信号进行提升，使得噪声电平 也相应提高。 信噪比的典型值为4555db，若为50db，则图像有少量 噪声，但图像质量良好；若为60db，则图像质量优良，不出现噪声。 11. 曝光时间：相机曝光时间是指从快门打开到关闭的时间间 隔。曝光时间越长越需要装三脚架支撑。 12. 快门速度： 13. 曝光方式： a) 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

8、期一致，也可以设 定一个固定的时间； b) 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 i. 帧曝光： ii. 场曝光： iii. 滚动行曝光： 14. 同步方式： a) 外触发 b) 15. 可编程控制：指通过编程可以控制的选项。 第 3 页 16. 工作温度： 17. 镜头选择： a) 据目标物体的大小和摄像头与物体的距离，通过计算得 到镜头的焦距 18. 彩色与黑白区别： a) 彩色相机：适用于景物细部辨别，如辨别衣着或景物的 颜色。 b) 黑白相机：适用于光线不充足地区及夜间无法安装照明 设备的地区，在仅监视景物的位置或移动时，可选用黑白摄象机 19. 分辨率： a) 相机

9、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。 b) 根据实际需求而来，分辨率高清晰，但是数据量大，在 图像处理时就比较慢了。 20. 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。 21. 照度的不同区分： a) 普通型 正常工作所需照度13LUX b) 月光型 正常工作所需照度0.1LUX左右 c) 星光型 正常工作所需照度0.01LUX以下 d) 红外型 采用红外灯照明

10、，在没有光线的情况下也可以成 像 22. 视频输出： a) BNC接头： 第 4 页 b) VGA接口： c) 1394接口： d) USB接口： e) 无线网： 如何选择工业相机： 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、 工业摄像机、工业摄像头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

11、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

12、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 第 5 页 测量精度可以考虑1/2亚像素精度注，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。 一般高速相机指的是数字工业相机，其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。 广泛 应用于生产检测、制药、印刷、电子、电气制造、以及更高要求的行 业。 第 6 页