视觉检测设备的工业相机详细介绍

2022-08-14 10:05:17

　　工业相机广泛应用于现代机器视觉，所有的视觉检测设备都离不开工业相机，工业相机可以说是视觉检测机器的重要组成部分。今天我们来谈谈工业相机!

　　1、工业相机都有哪些问题主要技术参数?

　　(1)分辨率

　　(2)速度(帧/行频率)

　　(3)噪声

　　(4)信噪比

　　(5)动态范围

　　(6)像元深度

　　(7)光谱响应

　　(8)光学接口

　　2、工业经济相机的丢帧的问题是由什么问题原因分析引起的?

　　经常有一些机器视觉工程师认为，USB接口行业的机会造成帧丢失现象。通常，工业相机的帧丢失与工业相机所使用的传输接口无关，无论是USB、1394、GigE还是相机链路。设计不当的驱动程序或工业相机硬件是帧丢失的真正原因：设计不当的工业相机丢失帧的原因实际上是数据通道的阻塞，这些通道无法及时处理。因此，当新图像进入时，前一个图像可能被迫丢弃，或者新图像可能被迫丢弃。为了解决这个问题，设计者需要对驱动器和工业相机硬件数据传输的各个环节进行精确的设计。

　　工业相机的帧频和线频是什么意思?

　　相机的帧速率/行速率表示相机采集图像的频率，通常区域相机使用帧速率，而单位fps(FramePerson)，如30fps，表示相机每秒最多可采集30帧图像。线相机通常使用的线频率是KHz的单位，例如12KHz，以指示相机可以在一秒内捕获多达12000行的图像数据。速度是相机的重要参数，在许多实际应用中需要对运动物体成像。相机的速度需要满足某些要求，以清晰和准确地成像对象。相机的帧速率和行速率首先受芯片的帧速率和行速率的影响，并且芯片的最大设计速度主要由芯片能够承载的最高时钟决定。

　　4、工业经济相机的信噪比什么不同意思?

　　相机的SNR定义为图像中的信噪比(有效信号的平均灰度级与噪声的均方根之比)，其表示图像质量，SNR越高，图像质量越好。

　　5. 工业照相机的噪音是什么意思?

　　工业噪声是指实际成像目标之外的信号，不期望在成像过程中被收集。根据欧洲相机测试标准EMVA1288，相机中的噪声可分为两类:一类是由有效信号引起的统计起伏噪声，符合泊松分布，也称为散粒噪声。这个噪点对于任何相机都是一样的，不可避免，尤其是有了明确的计算公式。(即噪声的平方=信号的平均值)。第二种是相机本身固有的噪音，与信号无关。是图像传感器的读出电路、摄像头的信号处理放大电路等带来的噪声。每个相机的固有噪声是不同的。另外，对于数码相机来说，视频信号模拟转换时会产生量化噪声。量化位越高，噪声越低。

　　CCD 相机和 CMOS 相机有什么区别?

　　(1)成像过程

　　CCD和CMOS图像传感器的光电转换原理相同,主要区别在于信号的读出过程不同,由于CCD只有一个(或几个)输出节点可以均匀读出,因此其信号输出一致性很好; 但在CMOS芯片中，每个像素都有自己的信号放大器，并进行电荷-电压转换，其信号输出的一致性较差。然而，为了读出整个图像信号，CCD需要输出放大器带宽较宽，而在CMOS芯片中，每个像素对放大器的带宽要求较低，从而大大降低了芯片的功耗，这是CMOS芯片功耗低于CCD的主要原因。尽管功耗降低，但数百万放大器的不相干导致更高的固定噪声，这是CMOS相对于CCD的固有缺点。

　　(2)集成性

　　从制造过程来看，CCD 中的电路和器件都集成在半导体单晶材料制造商中，制造过程比较复杂，目前世界上只有达尔萨、索尼、松下等少数几家制造商能够生产 CCD 晶体。CCD 只能输出模拟电信号，它需要以下地址解码器、模拟转换器、图像信号处理器，还需要提供三套不同电压的同步时钟控制电路，集成度很低。另一方面，CMOS 被集成到一个叫做金属氧化物的单片材料中，同样的过程用于生产数十秒的半导体集成电路，如计算机芯片和存储器件，因此，声场 CMOS 的成本比 CCD 低得多。同时，CMOS 芯片可以将图像信号放大器、信号读取电路、 a/D 转换电路、图像信号处理器和控制器集成到一个芯片中，摄像机的所有基本功能都可以用单片机完成，芯片级摄像机的概念就是在这种高度集成的基础上产生的。随着 CMOS 成像技术的发展，越来越多的公司可以提供高质量的 CMOS 成像芯片，包括美光、 CMOSIS、 Cypress 等。

　　(3)速度

　　CCD采用学生逐个光敏输出，只能通过按照相关规定的程序设计输出，速度发展较慢。CMOS有多个不同电荷-电压转换器和行列开关内部控制，读出速度快很多，目前我国大部分500fps以上的高速相机系统都是CMOS相机。此外CMOS的地址选通开关技术可以利用随机采样，实现子窗口输入输出，在仅输出子窗口图像时可以自己获得一个更高的速度。

　　(4)噪声

　　CCD技术发展较早、成熟，采用PN结或二氧化硅隔离层隔离噪声，成像质量优于CMOS光电传感器。由于CMOS图像传感器的高集成度，各器件与电路之间的距离非常近，干扰严重，噪声对图像质量影响很大。近年来，随着CMOS电路去噪技术的发展，为生产高密度、高质量的CMOS图像传感器提供了良好的条件。

　　工业相机的输入输出接口是什么?

　　在机器视觉检测技术中，工业摄像机的输入输出接口有CameraLink、IEEE1394、USB2.0、以太网和USB3.0。

　　8、工业相机中动态管理范围问题是什么意思?

　　相机的动态管理范围研究表明相机进行探测光信号的范围，动态影响范围可用以下两种教学方法来界定，一种是光学系统动态发展范围，指饱和时最大光强与等价于噪声数据输出的光强的比值，由芯片的特性可以决定。另一种是电子信息动态控制范围，他指饱和电压和噪声电压技术之间的比值。对于企业固定相机其动态调整范围是一个定值，不随外界经济条件不断变化而变化。在线性响应去，相机的动态活动范围问题定义为饱和曝光量与噪声等效曝光量的比值：动态应用范围=光敏元的满阱容量/等效噪声信号处理动态设计范围可用倍数、dB或Bit等方式来表示。动态服务范围大，则相机对不同的光照强度有更强的适应学习能力。

　　9、工业相机的分辨率是如何定义的?

　　分辨率是相机最基本的参数，由相机使用的芯片的分辨率和芯片目标面上排列的像素数量决定。通常面阵相机的分辨率用两个数字表示:水平分辨率和垂直分辨率，如:1920(H)x1080(V)。前面的数字表示每行的像素数，即总共有1920个像素，后面的数字表示像素数，即1080行。现在相机的分辨率通常会标明k的多少，比如1K(1024)，2K(2048)，3K(4096)等。在采集图像时，相机的分辨率对图像质量有很大的影响。在成像同样大的视场(场景范围)时，分辨率越高，细节越明显。

　　10、工业相机都有自己哪些数据接口?

　　接口是指相机与镜头之间的接口，普通镜头接口有C、CS、F端口。

　　11、工业经济相机里的像元深度学习是什么这个意思?

　　数码相机输出的数字信号，也就是像素灰度值，有一个特殊的位数，叫做像素深度。对于黑白相机，该值的方位角通常为8-16位。像素深度定义了其灰度级被暗通道照亮的灰度级的数量。例如，对于8-8位相机，0代表全暗，255代表全亮。0到25之间的数字代表特定的亮度指示器。1位数据中有1024个灰度级，12位数据中有4096个灰度级。我们应该仔细考虑每个应用是否需要非常精细的灰度级。从8bit增加到10bit或者12bit确实可以增强测量精度，但同时也降低了系统的速度，增加了系统集成的难度(线缆数量增加，尺寸变大)，所以要慎重选择。

　　12、如何进行选择线阵相机?

　　(1)计算分辨率：将宽度除以最小检测精度，得到每行所需像素。

　　(2)检测精度: 用像素宽度除以实际检测精度。

　　(3)扫描线数:每秒扫描线数是用每秒移动速度的长度除以精度得到的。

　　根据以上分析计算研究结果进行选择线阵相机，举例如下：

　　如果宽度为1600 mm，精度为1 mm，移动速度为22000 mm/s摄像机：1600/1=1600像素最小2000像素，选择2k摄像机1600/2048=0.8实际精度为22000 mm/0.8mm=27.5kHz摄像机为2048像素28kHz摄像机。

　　13. 图像处理软件在智能工业照相机中的主要作用是什么?

　　图像处理软件主要是在图像处理单元硬件环境的支持下完成图像处理功能。例如几何边缘提取、斑点、灰度直方图、OCV、简单定位和搜索等。在智能摄像机中，上述算法封装在固定模块中，用户无需编程即可直接应用。

　　14、知道被测物的长、宽、高以及发展要求的测量数据精度，如何来进行选择CCD相机和工业镜头，选择一个工业相机和工业镜头我们需要学生注意自己什么?

　　首先选择正确的镜头。镜头选择应遵循以下原则：

　　(1)匹配的摄像头的芯片尺寸是多少;

　　(2)相机的接口数据类型是哪种的，C接口，CS接口技术还是没有其它系统接口;