- 工業(yè)相機
工業(yè)相機是機器視覺系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵組件,其最本質(zhì)的功能就是將光信號轉(zhuǎn)變成有序的電信號。選擇合適的相機也是機器視覺系統(tǒng)設(shè)計中的重要環(huán)節(jié),相機的選擇不僅直接決定所采集到的圖像分辨率、圖像質(zhì)量等,同時也與整個系統(tǒng)的運行模式直接相關(guān)。
主要參數(shù)
1.分辨率(Resolution):相機每次采集圖像的像素點數(shù)(Pixels),對于數(shù)字相機一般是直接與光電傳感器的像元數(shù)對應(yīng)的,對于模擬相機機則是取決于視頻制式,PAL制為768*576,NTSC制為640*480。
2.像素深度(PixelDepth):即每像素數(shù)據(jù)的位數(shù),一般常用的是8Bit,對于數(shù)字相機機一般還會有10Bit、12Bit等。
3.最大幀率(FrameRate)/行頻(LineRate):相機采集傳輸圖像的速率,對于面陣相機一般為每秒采集的幀數(shù)(Frames/Sec.),對于線陣相機為每秒采集的行數(shù)(Lines/Sec.)。
4.曝光方式(Exposure)和快門速度(Shutter):對于線陣相機都是逐行曝光的方式,可以選擇固定行頻和外觸發(fā)同步的采集方式,曝光時間可以與行周期一致,也可以設(shè)定一個固定的時間;面陣相機有幀曝光、場曝光和滾動行曝光等幾種常見方式,數(shù)字相機一般都提供外觸發(fā)采圖的功能??扉T速度一般可到10微秒,高速相機還可以更快。
5.像元尺寸(PixelSize):像元大小和像元數(shù)(分辨率)共同決定了相機靶面的大小。數(shù)字相機像元尺寸為3μm~10μm,一般像元尺寸越小,制造難度越大,圖像質(zhì)量也越不容易提高。
6.光譜響應(yīng)特性(SpectralRange):是指該像元傳感器對不同光波的敏感特性,一般響應(yīng)范圍是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(tǒng)需要對紅外感光時可去掉該濾鏡。
7.接口類型:有CameraLink接口,以太網(wǎng)接口,USB接口輸出。
詳細(xì)介紹
工業(yè)相機又俗稱攝像機,相比于傳統(tǒng)的民用相機(攝像機)而言,它具有高的圖像穩(wěn)定性、高傳輸能力和高抗干擾能力等,市面上工業(yè)相機大多是基于CCD(ChargeCoupledDevice)或CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor)芯片的相機。
CCD是目前機器視覺最為常用的圖像傳感器。它集光電轉(zhuǎn)換及電荷存貯、電荷轉(zhuǎn)移、信號讀取于一體,是典型的固體成像器件。CCD的突出特點是以電荷作為信號,而不同于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(zhuǎn)換形成電荷包,而后在驅(qū)動脈沖的作用下轉(zhuǎn)移、放大輸出圖像信號。典型的CCD相機由光學(xué)鏡頭、時序及同步信號發(fā)生器、垂直驅(qū)動器、模擬/數(shù)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(yōu)點。
CMOS圖像傳感器的開發(fā)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代初,90年代初期,隨著超大規(guī)模集成電路(VLSI)制造工藝技術(shù)的發(fā)展,CMOS圖像傳感器得到迅速發(fā)展。CMOS圖像傳感器將光敏元陣列、圖像信號放大器、信號讀取電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、圖像信號處理器及控制器集成在一塊芯片上,還具有局部像素的編程隨機訪問的優(yōu)點。CMOS圖像傳感器以其良好的集成性、低功耗、高速傳輸和寬動態(tài)范圍等特點在高分辨率和高速場合得到了廣泛的應(yīng)用。
如何選擇
工業(yè)相機一般安裝在機器流水線上代替人眼來做測量和判斷,通過數(shù)字圖像攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號,傳送給專用的圖像處理系統(tǒng),圖像系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運算來抽取目標(biāo)的特征,進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。
首先要弄明白的是自己的檢測任務(wù),是靜態(tài)拍照還是動態(tài)拍照、拍照的頻率是多少、是做缺陷檢測還是尺寸測量或者是定位、產(chǎn)品的大小(視野)是多少、需要達(dá)到多少精度、所用軟件的性能、現(xiàn)場環(huán)境情況如何、有沒有其它的特殊要求等。
如果是動態(tài)拍照,運動速度是多少,根據(jù)運動速度選擇最小曝光時間以及是否需要逐行掃描的相機;而相機的幀率(最高拍照頻率)跟像素有關(guān),通常分辨率越高幀率越低,不同品牌的工業(yè)相機的幀率略有不同;
根據(jù)檢測任務(wù)的不同、產(chǎn)品的大小、需要達(dá)到的分辨率以及所用軟件的性能可以計算出所需工業(yè)相機的分辨率;現(xiàn)場環(huán)境最要考慮的是溫度、濕度、干擾情況以及光照條件來選擇不同的工業(yè)相機。
舉例說明:如我們的檢測任務(wù)是尺寸測量,產(chǎn)品大小是18mm*10mm,精度要求是0.01mm,流水線作業(yè),檢測速度是10件/秒,現(xiàn)場環(huán)境是普通工業(yè)環(huán)境,不考慮干擾問題。
首先我們知道是流水線作業(yè),速度比較快,因此選用逐行掃描相機;視野大小我們可以設(shè)定為20mm*12mm(考慮每次機械定位的誤差,將視野比物體適當(dāng)放大),假如我們能夠取到很好的圖像(比如可以打背光),而且我們軟件的測量精度可以考慮1/2亞像素精度,那么我們需要的相機分辨率就是20/0.01/2=1000pixcel(像素),另一方向是12/0.01/2=600pixcel,也就是說我們相機的分辨率至少需要1000*600pixcel,幀率在10幀/秒,因此選擇1024*768像素(軟件性能和機械精度不能精確的情況下也可以考慮1280*1024pixcel),幀率在10幀/秒以上的即可。
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