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工業相機分類大全

圖文 更新时间:2024-08-19 00:15:58

工業相機是機器視覺系統中最關鍵的組件之一,其将光信号轉變為有序的電信号,可按照數據傳送方式分為ccd/cmos,也可按結構特性分為線陣/面陣等;選型時主要取決于使用場景、分辨率、幀率等因素,結合像元大小、靶面尺寸等參數完成,是影響圖像質量最直接的因素。

一、芯片類型

一般來說,工業相機可按照芯片類型分為CCD和CMOS兩種,這裡我們分别展開介紹。

1、CCD

工業相機分類大全(工業相機概述)1

在感光元件受到光照後,将光信号轉化為電信号,産生大小與光強相對應的電流(模拟信号)。在CCD傳感器中,每一個感光元件都不對此作進一步的處理,而是将它直接輸出到垂直寄存器,傳到水平寄存器中,最後經一個放大器放大後統一輸出(由于感光元件生成的電信号實在太微弱且存在電壓損耗,無法直接進行模數轉換工作,因此這些輸出數據必須做統一的放大處理—這項任務是由CCD傳感器中的放大器專門負責)。經放大器處理之後,每個像點的電信号強度都獲得同樣幅度的增大(因信号均通過一個放大器進行放大,所以産生的噪點較少)。後通過模數轉換芯片轉為數字信号,最終以二進制數字圖像矩陣的形式輸出給專門的DSP處理芯片。

2、CMOS

工業相機分類大全(工業相機概述)2

相對于CCD的工作方式,CMOS傳感器中每一個感光元件都直接整合了放大器和模數轉換邏輯,當感光二極管接受光照、産生模拟的電信号之後,電信号首先被該感光元件中的放大器放大,然後直接轉換成對應的數字信号。換句話說,在CMOS傳感器中,每一個感光元件都可産生最終的數字輸出,所得數字信号合并之後被直接送交DSP芯片處理。由于放大器屬于模拟器件,因此很難保證每個像點的放大率都保持嚴格一緻,導緻放大後的圖像數據無法代表拍攝物體的原貌體現在最終的輸出結果上,使得品質明顯低于CCD傳感器,不過目前這方面的技術已大幅改善。

二. 結構類型

面陣相機。視覺系統中普遍提及的多為面陣相機,其傳感器包含多行感光元素,常用尺寸有1、2/3、1/2、1/3英寸等,單幀圖像即可獲取完整二維信息。

線陣相機。與面陣相機相比,線陣相機通常僅有一行感光元素(灰度),因此通常具有更高的掃描頻率和分辨率。常用于檢測連續的材料,如布料、滾筒等。被測物通常勻速運動(或速度可測), 利用一台或多台相機對其逐行連續掃描,以達到對其整個表面均勻檢測的目的。相較于面陣相機,線陣相機分辨率更高,在部分工業産線、高反場景更為适用,但需結合對應轉台/傳送帶、線光源等。

三、關鍵參數

1. 分辨率(Resolution)

相機每次采集圖像的像素點數(Pixels),對于工業數字相機一般是近似與光電傳感器的有效像素數(像素總數中被用來進行有效的光電轉換并輸出圖像信号的像素)對應,分辨率越高,圖像越清晰,細節還原越好。

2. 像素深度(Pixel Depth)

即每像素數據的位數,以灰度相機為例,常用8bit(255灰度級),目前最高支持到16bit(65535灰度級),細節更為豐富。

可通過分辨率、像素深度等參數大概計算出單幀圖像大小。

3. 最大幀率(Frame Rate)/行頻(Line Rate)

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(Frames/Sec.),而對于線陣相機為每秒采集的行數(Hz)。

4. 曝光方式(Exposure)和快門速度(Shutter)

對于工業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采集方式,曝光時間可以與行周期一緻,也可以設定一個固定的時間;面陣相機有全局曝光和卷簾曝光等幾種常見方式,全局曝光通常不會存在拖影等問題。曝光時間最短可到ns級。同時,曝光時間可直接影響到幀率等問題,通常情況下當曝光時間超過一定阈值時,将會導緻相機幀率的大幅下降,具體原因後續将會展開介紹。

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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。目前工業數字相機像元尺寸一般為3μm-10μm,一般像元尺寸越小,制造難度越大,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,多數對近紅外敏感,因此在某些場景可以補近紅外光源突出關鍵處圖像效果。

以上就是針對2D工業相機的簡單概述,後續将會繼續針對相機選型、參數細節、應用場景及實例展開介紹。

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