工業相機選型的重要參數

工業相機介紹

工業相機是機器視覺系統中的一個關鍵組件,其最本質的功能就是將光信號轉變成有序的電信號。選擇合適的相機也是機器視覺系統設計中的重要環節,相機的選擇不僅直接決定所採集到的圖像分辨率、圖像質量等,同時也與整個系統的運行模式直接相關。

工業相機又俗稱攝像機,相比於傳統的民用相機(攝像機)而言,它具有高的圖像穩定性、高傳輸能力和高抗干擾能力等,市面上工業相機大多是基於CCD(Charge Coupled Device)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)芯片的相機。

CCD是目前機器視覺最爲常用的圖像傳感器。它集光電轉換及電荷存貯、電荷轉移、信號讀取於一體,是典型的固體成像器件。CCD的突出特點是以電荷作爲信號,而不同於其它器件是以電流或者電壓爲信號。這類成像器件通過光電轉換形成電荷包,而後在驅動脈衝的作用下轉移、放大輸出圖像信號。典型的CCD相機由光學鏡頭、時序及同步信號發生器、垂直驅動器、模擬/數字信號處理電路組成。CCD作爲一種功能器件,與真空管相比,具有無灼傷、無滯後、低電壓工作、低功耗等優點。

CMOS圖像傳感器的開發最早出現在20世紀70 年代初,90 年代初期,隨着超大規模集成電路 (VLSI) 製造工藝技術的發展,CMOS圖像傳感器得到迅速發展。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、模數轉換電路、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、高速傳輸和寬動態範圍等特點在高分辨率和高速場合得到了廣泛的應用。


相機一般參數:

1. 分辨率(Resolution):相機每次採集圖像的像素點數(Pixels),對於數字相機一般是直接與光電傳感器的像元數對應的,對於模擬相機則是取決於視頻制式,PAL製爲768*576,NTSC製爲640*480,模擬相機已經逐步被數字相機代替,且分辨率已經達到6576*4384。

2. 像素深度(Pixel Depth):即每像素數據的位數,一般常用的是8Bit,對於數字相機機一般還會有10Bit、12Bit、14Bit等。

3. 最大幀率(Frame Rate)/行頻(Line Rate):相機採集傳輸圖像的速率,對於面陣相機一般爲每秒採集的幀數(Frames/Sec.),對於線陣相機爲每秒採集的行數(Lines/Sec.)。

4. 曝光方式(Exposure)和快門速度(Shutter):對於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同步的採集方式,曝光時間可以與行週期一致,也可以設定一個固定的時間;面陣相機有幀曝光、場曝光和滾動行曝光等幾種常見方式,數字相機一般都提供外觸發採圖的功能。工業相機的快門時間非常短,可以抓拍高速運動的物體。快門速度一般可到10微秒,高速相機還可以更快。

5. 像元尺寸(Pixel Size):像元大小和像元數(分辨率)共同決定了相機靶面的大小。數字相機像元尺寸爲3μm~10μm,一般像元尺寸越小,製造難度越大,圖像質量也越不容易提高。

6. 光譜響應特性(Spectral Range):是指該像元傳感器對不同光波的敏感特性,一般響應範圍是350nm-1000nm,一些相機在靶面前加了一個濾鏡,濾除紅外光線,如果系統需要對紅外感光時可去掉該濾鏡。 [1] 

7.接口類型:有Camera Link接口,以太網接口,1394接口、USB接口輸出,目前最新的接口有CoaXPress接口。

8.噪聲及信噪比:


相機選型的重要參數

1.工業相機的視野大小

工業相機傳感器尺寸大小
1/4″:(3.2mm×2.4mm);
1/3″:(4.8mm×3.6mm);
1/2″:(6.4mm×4.8mm);
2/3″:(8.8×6.6mm);

1″:(12.8mm×9.6mm) .

兩個重要的公式:

一般情況下,根據所要拍攝的視野大小就可以確定相機的工作距離,當我們要減小視野的時候,在不改變鏡頭的情況下,需要減小工作距離,當工作距離改變時,鏡頭不一定能夠清晰聚焦,鏡頭前端一般有一個調焦環,用來改變像距的大小,首先調節調焦環,當調節調焦環無法清晰成像的時候,就應該考慮加接圈(增加像距大小)。相應的,當去掉接圈的時候,像距減小,工作距離增加,視野變大。同樣,在工作距離不變的情況下,增大視野,則需要減小鏡頭焦距大小,f太小時,所拍攝的圖像畸變大,因此需要綜合考慮。 
一般通過這兩個公式來確定最佳工作距離和視野。

ccd、cmos芯片尺寸大小: 
1英寸——靶面尺寸爲寬12.7mm*高9.6mm,對角線16mm。 
2/3英寸——靶面尺寸爲寬8.8mm*高6.6mm,對角線11mm。 
1/2英寸——靶面尺寸爲寬6.4mm*高4.8mm,對角線8mm。 
1/3英寸——靶面尺寸爲寬4.8mm*高3.6mm,對角線6mm。 
1/4英寸——靶面尺寸爲寬3.2mm*高2.4mm,對角線4mm。

2.工業相機的鏡頭焦距

 

3.工業相機的幀率選擇

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