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工业相机是机器视觉系统中的一个关键组件,其本质的功能就是将光信号转变成为有序的电信号。相比于市面上普通相机来说,具有更高的传输力、抗干扰力以及稳定的成像能力。它由两大基本部件组成:图像感光芯片和数字化的数据接口。
目前,市面上也出现了越来越多的工业相机品牌,相机厂商都给出了大量的相机参数,比如:相机接口、芯片类型、量子效应、帧率等。伴随着电子信息技术的高速发展以及各类摄像头的广泛应用,图像视频数据爆炸式增长,人类社会正在进入视觉信息的大数据时代。工业相机可说是工业自动化系统的灵魂之窗,从物件/条码辨识、产品检测、外观尺寸量测到机械手臂/传动设备定位,都是工业相机技术可以发挥的舞台。
工业相机在使用时有哪些需要注意地小细节:
1、拍摄时,工业相机要拿稳:否则会使影像出现双影或模糊不清。持之以按快门不要用力过猛,特别是在1/30秒以下更要注意稳定。要像射击时扣一样,先轻轻地按下道簧,抓住时机再及时按第二道簧。1/15秒以下好用三脚架,或将工业相机依托在固定物上拍摄;
2、拍摄时,工业相机要拿正。在拍摄人像、建筑物时,工业相机镜头不能过仰、过俯或左右倾斜,否则会使拍摄对象上大下小或上小下大,或使景物的水平向偏离地平线,使景物有东倒西歪的感觉;
3、使用器时,要轻轻地拨。在没按下快门之前,切勿硬拨回原位,否则容易损坏器的弹簧和齿轮;
4、在使用帘式,小型工业相机时,特别要注意保护布帘,切勿用手指使劲摸触,尤其不能让尖的东西弄破布帘;
5、工业相机镜头不能长时间对着太阳,防止漏光。尤其是布帘快门的工业相机,因为太阳光聚焦的作用,容易烧坏布帘;
6、在使用小型工业相机时,好要养成先上胶卷后调速度盘的习惯,有的小型工业相机在上胶卷前是定不准速度的;
7、定快门速度时,不能定在相邻的两级速度中间。工业相机调速盘的每个刻度上,都有个或小槽,拨定到位,才能正常运行,指在两级速度之间,不但得不到准确的速度,而且容易损坏快门。光圈的级数,可以指在两级光圈系数之间;
8、使用工业相机后,检查快门和设备是否放松,因快门结构的核心机件是弹簧,弹簧紧张的时间过长,易使弹力减弱,影响快门速度的准确性;
总之,工业相机的种类很多,使用工业相机的方法也不尽同。使用工业相机时,先要查看工业相机的型号、镜头的规格、使用的方法等。新的工业相机都有说明书,要仔细阅读,熟悉各部件的性能和操作方法。没有说明书而以不清楚的,一定要问清,切勿强行拨弄。在拍照前,还要检查一下工业相机的附件带全了没有,甚至连胶片卷轴这类小件都要考虑周到,稍有疏忽便会影响摄影的顺利进行。
CCD相机和CMOS相机的区别是什么?
图像传感器是工业相机的核心感光元件,当前图像传感器主要分为电荷耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)和互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductors,CMOS)两种。
CCD相机和CMOS相机使用的图像传感器感光原理类似,基本上都是利用感光二管(photodiode)进行光与电的转换,将图像转换为数字信息,它们的主要差异在数字信号传送方式的不同。
CCD相机图像传感器每一行中每一个像素(pixel)电荷信号都会依序传送到下一个像素中,由底端的部分输出,再经由传感器边缘的放大器进行放大输出。
CMOS相机使用的图像传感器,每个像素都会连接一个放大器及模数转换电路,用类似内存电路的方式将信号输出。正是因为结构和工作原理的差异,导致CCD相机和CMOS相机图像传感器具有不同的特性。CCD图像传感器在灵敏度、分辨率,以及噪声控制等方面均优于CMOS图像传感器,而CMOS图像传感器则具有低成本、低耗电以及高整合度的特性。
线阵相机和面阵相机
工业相机根据像元的排列方式可分为线阵相机和面阵相机,线阵、面阵相机都有各自的优点和缺点,适用于不同应用环境。
一文了解“工业相机”
图5 面阵相机(左)与线阵相机(右)
线阵相机,顾名思义是被测视野呈“线”状,它的传感器通常只有一行感光元素,以“线”扫描的方式连续拍照,再合成一张的二维图像。在某些应用中,如高频扫描和高分辨率的场合,相比面阵相机,线阵相机具有特定的优势。举例来说,如图6,检测圆形或柱形物品时,可能需要使用多台面阵相机,才能覆盖到物品的整个表面。但如果我们将物品置于一台线阵相机前面,然后旋转物品,通过这种方式将图像展开,我们可以采集到整个表面的图像。而且,线阵相机也更容易安装到狭小的应用空间,比如在相机通过输送带上的滚轴来查看物品底部的情况。另外,相比传统面阵相机,线阵相机通常也能够提供更高的分辨率。由于线阵相机需要物品进行运动来创建图像,它们通常非常适合用于检测处于连续运动状态的产品。
一文了解“工业相机”
图6 线阵相机能够:(a)展开柱形物品以进行检测;(b)将视觉系统安装到空间狭小的应用环境中;(c)满足高分辨率检测要求;(d)检测处于连续运动状态的物品
相比线阵相机,面阵相机是以“面”为单位来进行图像采集,面阵相机的传感器拥有更多的感光像素,以矩阵排列。面阵相机可以一次性获取完整的目标图像,比线阵相机具有更快的检测速度。大多数常见的检测相机都基于面阵扫描,包括测量面积、形状、尺寸、位置,甚至温度,不过面阵相机每行的信息没有线阵多,帧幅率有限。相机像素通常用万为单位表示,以矩阵排列,比如1百万像素相机的像素矩阵为W x H(宽 x 高)=1000 x 1000。相机的分辨率是指一个像素表示实际物体的大小,用um x um表示,数值越小,分辨率越高。分辨率是由选择的镜头焦距决定的,同一种相机,选用不同焦距的镜头,分辨率就不同,如图7。在表现图像细节方面,不是由相机的像素多少来决定的,而是由分辨率决定的。同等分辨率条件下,像素越多,可以成像的区域面积越大。虽然清晰度并不是由像素决定,但是像素大的相机,可以减少拍照次数,从而提高了速度。
工业相机接口标准详解
工业相机还被称作工业摄像头、工业摄像机、工业照相机等等。从其芯类型中被分为工业CCD相机和工业CMOS相机,从其信号种类里又分为工业模拟相机、工业数字相机。工业相机已经被广泛应用于工业生产线在线检测、智能交通,机器视觉,科研,军事科学,航天航空等众多领域。
目前,市面上也出现了越来越多的工业相机,相机厂商都给出了大量的相机参数,比如:相机接口、芯片类型、量子效应、帧率等。一般非行业内人士,在面对这些参数时往往会无所适从。根据长期的相机使用经验,朗锐智科为大家总结出目前使用比较广泛的工业相机接口知识!
工业相机数据传输接口方式有很多种,包括CoaxPress、CameraLink接口、USB接口、Gige接口等。
工业相机接口标准详解
(1)Camera Link接口。
1、需要单的CameraLink接口,不便携,导致成本过高。
2、Camera Link接口的相机,实际应用中比较少。
3、传输速度是目前的工业相机中快的一种总线类型。一般用于高分辨率高速面阵相机,或者是线阵相机上。
4、传输距离近。
(2)USB2.0接口
1、USB2.0接口的工业相机,是早应用的数字接口之一,开发周期短,成本低廉,是目前为普通的类型。
2、所有电脑都配置有USB2.0接口,方便连接,不需要采集卡;缺点是其传输速率较慢,理论速度只有480Mb(60MB)。
3、传输速率低,糟糕的协议(Bulk-OnlyTransport(BOT)协议)与编码方式,数据只有30MB/S左右。
4、在传输过程中CPU参与管理,占用及消耗资源较大。
5、USB2.0接口不稳定,相机通常没有坚固螺丝,因此在经常运动的设备上,可能会有松动的危险。
6、传输距离近,信号容易衰减。
(3)USB3.0接口
1、USB 3.0的设计在USB 2.0的基础上新增了两组数据总线,为了向下兼容,USB 3.0保留了USB 2.0的一组传输总线。
2、在传输协议方面,USB3.0除了支持传统的BOT协议,新增了USB Attached SCSI Protocol(USAP),可以完全发挥出5Gbps的高速带宽优势。
3、由于总线标准是近几年才发布,所以协议的稳定性同样让人担心。
4、传输距离问题,依然没有得到解决。
(4)GIGE千兆网接口
1、千兆网协议稳定。
2、千兆网接口的工业相机,是近几年市场应用的。使用方便,连接到千兆网卡上,即能正常工作。
3、需要注意一些的细节,如早期的NI的软件,可能对千兆网卡的芯片有要求,需要使用INTEL的芯片才可以正常驱动GIGE相机,而使用如Realtek的芯片网卡,就无法响应。
4、在千兆网卡的属性中,也有与1394中的Packet Size类似的巨帧。设置好此参数,可以达到更理想的效果。
5、传输距离远,可传输100米。
6、可多台同时使用,CPU占用率小。
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