工業(yè)相機(jī)基本參數(shù)及選型

工業(yè)相機(jī)基本參數(shù)及選型

工業(yè)相機(jī)是機(jī)器視覺系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵組件，其最基礎(chǔ)功能就是將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成為有序的電信號(hào)。選擇合適的工業(yè)相機(jī)也是機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，工業(yè)相機(jī)不僅直接決定所采集到的圖像分辨率、圖像質(zhì)量等，同時(shí)也與整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行模式直接相關(guān)。

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工業(yè)相機(jī)的性能優(yōu)勢

好的工業(yè)相機(jī)應(yīng)具有高精度、高清晰度、色彩還原好、低噪聲等特點(diǎn)，而且通過計(jì)算機(jī)可以編程控制曝光時(shí)間、亮度、增益等參數(shù)，另外圖像窗口無級(jí)縮放，帶有外觸發(fā)輸入，帶有閃光燈控制輸出等功能。國內(nèi)知名的工業(yè)相機(jī)生產(chǎn)銷售商維視數(shù)字圖像（Microvision），結(jié)合多年研發(fā)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及客戶需求，特整理出選擇工業(yè)相機(jī)時(shí)的注意事項(xiàng)及必看參數(shù)，方便一般客戶做出合理選擇。

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工業(yè)相機(jī)的基本參數(shù)

相機(jī)每次采集圖像的像素點(diǎn)數(shù)，一般對(duì)應(yīng)于光電傳感器靶面排列的像元數(shù)，如1920*1080。

• 像素深度

每位像素?cái)?shù)據(jù)的位數(shù)，常見的是8bit，10bit，12bit。分辨率和像素深度共同決定了圖像的大小。例如對(duì)于像素深度為8bit的500萬像素，則整張圖片應(yīng)該有500萬*8/1024/1024=37M（1024bit=1KB，1024KB=1M）。增加像素深度可以增強(qiáng)測量的精度，但同時(shí)也降低了系統(tǒng)的速度，并且提高了系統(tǒng)集成的難度（線纜增加，尺寸變大等）。

• 最大幀率/行頻

相機(jī)采集和傳輸圖像的速度，對(duì)于面陣相機(jī)一般為每秒采集的幀數(shù)（Frames/Sec），對(duì)于線陣相機(jī)為每秒采集的行數(shù)（HZ）。

• 曝光的方式和快門速度

工業(yè)線陣相機(jī)都是逐行曝光的方式，可以選擇固定行頻和外觸發(fā)同步的方式，曝光時(shí)間可以與行周期一致，也可以設(shè)定一個(gè)固定的時(shí)間；面陣相機(jī)有幀曝光、場曝光和滾動(dòng)曝光幾種常見方式，工業(yè)數(shù)字相機(jī)一般都提供外觸發(fā)采圖的功能，快門速度一般可到10ms，高速相機(jī)還會(huì)更快。

• 像元尺寸

像元大小和像元數(shù)（分辨率）共同決定了相機(jī)靶面的大小。目前工業(yè)數(shù)字相機(jī)像元尺寸一般位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。

• 光譜響應(yīng)特性

是指該像元傳感器對(duì)不同光波的敏感特性，一般響應(yīng)范圍為350nm~1000nm，一些相機(jī)在靶面前面加了一個(gè)濾鏡，濾除紅外線，如果系統(tǒng)需要對(duì)紅外感光時(shí)可去掉該濾鏡。

• 工業(yè)相機(jī)噪聲

噪聲是指成像過程中不希望被采集到的，實(shí)際成像目標(biāo)之外的信號(hào)?？傮w上分為兩類，一類是由有效信號(hào)帶來的散粒噪聲，這種噪聲對(duì)任何相機(jī)都存在；另一類是相機(jī)本身固有的與信號(hào)無光的噪聲。它是由于圖像傳感器讀出電路、相機(jī)信號(hào)處理與放大電路帶來的固有噪聲，每臺(tái)相機(jī)的固有噪聲都不一樣。

• 信噪比

相機(jī)的信噪比定義為圖像中信號(hào)與噪聲的比值（有效信號(hào)平均灰度值與噪聲均方根的比值），代表了圖像的質(zhì)量，圖像信噪比越高，相機(jī)性能和圖像質(zhì)量越好。

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如何選擇合適的工業(yè)相機(jī)

做圖像處理,處理的對(duì)像是從工業(yè)相機(jī)來的圖像，所以，工業(yè)相機(jī)、工業(yè)攝像機(jī)、工業(yè)攝像頭的選擇是不可缺少而且非常重要的一步。 

   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(dòng)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(dòng)態(tài)拍照，運(yùn)動(dòng)速度是多少，根據(jù)運(yùn)動(dòng)速度選擇最小曝光時(shí)間以及是否需要逐行掃描的相機(jī)；而相機(jī)的楨率（最高拍照頻率）跟像素有關(guān)，通常分辨率越高楨率越低，不同品牌的工業(yè)相機(jī)的楨率略有不同；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(jì)算出所需工業(yè)相機(jī)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(jī)。

1. CCD 還是 CMOS

CCD提供很好的圖像質(zhì)量、抗噪能力，盡管由于增加了外部電路使得系統(tǒng)的尺寸變大，復(fù)制下提高，但在電路設(shè)計(jì)師可更加靈活，更好的提升CCD相機(jī)某些特別關(guān)注的性能。CCD更適合于對(duì)相機(jī)性能要求非常高而對(duì)成本控制不太嚴(yán)格的應(yīng)用領(lǐng)域，如天文、高清晰的醫(yī)療X光影像、其他需要長時(shí)間曝光，對(duì)圖像噪聲要求比較嚴(yán)格的應(yīng)用場合。

CMOS具有成品率高、集成度高、功耗小、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。但本身圖像的噪聲比較多。目前的CMOS技術(shù)不斷發(fā)展，已經(jīng)克服了早期的許多缺點(diǎn)，發(fā)展到了圖像品質(zhì)方面可以與CCD技術(shù)相較量的水平。CMOS適用于要求空間小、體積小、功耗低而對(duì)圖像噪聲和質(zhì)量要求不是特別高的場合。如大部分輔助光照明的工業(yè)檢測應(yīng)用、安防保安應(yīng)用、和大部分消費(fèi)性商業(yè)數(shù)碼相機(jī)。目前CCD工業(yè)相機(jī)任然在視覺檢測方案中占據(jù)主導(dǎo)地位。

2. 合適的分辨率

根據(jù)目標(biāo)的要求精度，反推出相機(jī)的像素精度。相機(jī)單方向分辨率=單方向視野范圍除以理論精度。

例如對(duì)于視野大小為10*10mm的場合，要求精度為0.02mm/pixel,則當(dāng)方向上分辨率=10/0.02=500.然而考慮到相機(jī)邊緣視野的畸變以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求，一般不會(huì)只用一個(gè)像素單位對(duì)應(yīng)一個(gè)測量精度值，一般選擇倍數(shù)為4或者更高，這樣相機(jī)單方向分辨率為2000，相機(jī)的分辨率=2000*2000=400萬，所以選用500萬像素的相機(jī)即可滿足。

3. 足夠的相機(jī)幀率

當(dāng)被測物體有運(yùn)動(dòng)要求時(shí)，要選擇幀數(shù)較高的工業(yè)相機(jī)，一般來說分辨率越高，幀數(shù)越低。

4. 合適的鏡頭

選擇的鏡頭的支持CCD尺寸要大于等于相機(jī)CCD傳感器芯片的尺寸，另外安裝座是C、CS或F型接口也要匹配，同時(shí)考慮鏡頭的工作距離，是否留有足夠空間等。