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AFT-808小型高清工業相機為有序的電信號。選擇合適的相機也是機器視覺系統設計中的重要環節,相機的不僅是直接決定所採集到的圖像解析度、圖像質量等,同時也與整個系統的運行模式直接相關。
在機器視覺系統應用中,工業相機、工業鏡頭、圖像採集卡、機器視覺光源、機器視覺系統平臺軟體,在選擇過程中存在很多問題,那麼今天就工業相機、工業CCD攝像頭的選擇,給大家介紹一些經驗。
1、選擇工業相機的信號類型
工業相機從大的方面來分有模擬信號和數位訊號兩種類型。
模擬相機必須有圖像採集卡,標準的模擬相機解析度很低,一般為768*576,另外幀率也是固定的,25幀每秒。另外還有一些非標準的信號,多為進口產品,那麼成本就是比較高了,性價比很低。所以這個要根據實際需求來選擇。另外模擬相機採集到的是模擬信號,經數字採集卡轉換為數位訊號進行傳輸存儲。模擬信號可能會由於工廠內其他設備(比如電動機或高壓電纜)的電磁幹擾而造成失真。隨著噪聲水平的提高,模擬相機的動態範圍(原始信號與噪聲之比)會降低。動態範圍決定了有多少信息能夠被從相機傳輸給計算機。工業數字相機採集到的是數位訊號,數位訊號不受電噪聲影響,因此,數字相機的動態範圍更高,能夠向計算機傳輸更精確的信號。
2、工業相機的解析度需要多大。
根據系統的需求來選擇相機解析度的大小,下面以一個應用案例來分析。
應用案例:假設檢測一個物體的表面劃痕,要求拍攝的物體大小為10*8mm,要求的檢測精度是0.01mm。首先假設我們要拍攝的視野範圍在12*10mm,那麼相機的最低解析度應該選擇在:(12/0.01)*(10/0.01)=1200*1000,約為120萬像素的相機,也就是說一個像素對應一個檢測的缺陷的話,那麼最低解析度必須不少於120萬像素,但市面上常見的是130萬像素的相機,因此一般而言是選用130萬像素的相機。但實際問題是,如果一個像素對應一個缺陷的話,那麼這樣的系統一定會極不穩定,因為隨便的一個幹擾像素點都可能被誤認為缺陷,所以我們為了提高系統的精準度和穩定性,最好取缺陷的面積在3到4個像素以上,這樣我們選擇的相機也就在130萬乘3以上,即最低不能少於300萬像素,通常採用300萬像素的相機為最佳(我見過最多的人抱著亞像素不放說要做到零點幾的亞像素,那麼就不用這麼高解析度的相機了。比如他們說如果做到0.1個像素,就是一個缺陷對應0.1個像素,缺陷的大小是由像素點個數來計算的,試問0.1個像素的面積怎麼來表示?這些人以亞像素來忽悠人,往往說明了他們的沒有常識性)。換言之,我們僅僅是用來做測量用,那麼採用亞像素算法,130萬像素的相機也能基本上滿足需求,但有時因為邊緣清晰度的影響,在提取邊緣的時候,隨便偏移一個像素,那麼精度就受到了極大的影響。故我們選擇300萬的相機的話,還可以允許提取的邊緣偏離3個像素左右,這就很好的保證了測量的精度。
3、選擇工業相機的晶片。
工業相機從晶片上分,有CCD和CMOS兩種。
如果要求拍攝的物體是運動的,要處理的對象也是實時運動的物體,那麼當然選擇CCD晶片的相機為最適宜。但有的廠商生產的CMOS相機如果採用幀曝光的方式的話,也可以當作CCD來使用的。雖然是CMOS晶片,但在拍攝運動物體時絕不比CCD的差,又假如物體運動的速度很慢,在我們設定的相機曝光時間範圍內,物體運動的距離很小,換算成像素大小也就在一兩個像素內,那麼選擇CMOS相機也是合適的。因為在曝光時間內,一兩個像素的偏差人眼根本看不出來(如果不是做測量用的話),但超過2個像素的偏差,物體拍出來的圖像就有拖影,這樣就不能選擇CMOS相機了。
4、工業相機選擇彩色還是黑白。
如果我們要處理的是與圖像顏色有關,那當然是採用彩色相機,否則建議你用黑白的,因為黑白的同樣解析度的相機,精度比彩色高,尤其是在看圖像邊緣的時候,黑白的效果更好。尤其做圖像處理,黑白工業相機得到的是灰度信息,可直接處理。
5、工業相機的幀率。
根據要檢測的速度,選擇相機的幀率一定要大於或等於檢測速度,等於的情況就是你處理圖像的時間一定要快,一定要在相機的曝光和傳輸的時間內完成。
6、選擇線陣還是面陣的工業相機。
對於檢測精度要求很高,運動速度很快,面陣相機的解析度和幀率達不到要求的情況下,當然線陣工業相機是必然的一個選擇。
7、選擇工業相機的傳輸接口。
根據傳輸的距離、傳輸的數據大小(帶寬)選擇USB、1394、Camerlink、GIGE千兆網接口的相機。
8、工業相機的CCD靶面。
靶面尺寸的大小會影響到鏡頭焦距的長短,在相同視角下,靶面尺寸越大,焦距越長。在選擇相機時,特別是對拍攝角度有比較嚴格要求的時候,CCD靶面的大小,CCD與鏡頭的配合情況將直接影響視場角的大小和圖像的清晰度。因此在選擇CCD尺寸時,要結合鏡頭的焦距、視場角一起選擇,一般而言,選擇CCD靶面要結合物理安裝的空間來決定鏡頭的工作距離是否在安裝空間範圍內,要求鏡頭的尺寸一定要大於或等於相機的靶面尺寸。
9、工業相機的價格。
同樣參數的相機,不同的廠家價格各不相同,這就靠大家與廠家溝通和協商了。一般說來,如果你有量的話,整體價格跟你單買一個的價格是差別很大的。
10、選擇有實力的工業相機廠家。
工業相機最主要的就是看採集到的圖像效果,好的效果即使一個完全不懂的人也能看的出來,好壞即可分辨。有條件的客戶可以實際考察一下,才能夠對產品了解的更透徹一些,也可看到這個公司的真正產品質量和實力.
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1、根據應用的不同分別選用CCD或CMOS相機
CCD工業相機主要應用在運動物體的圖像提取,當然隨著CMOS技術的發展,很多貼片機也在選用CMOS工業相機。用在視覺自動檢查的方案或行業中一般用CCD工業相機比較多。CMOS工業相機由成本低,功耗低也應用越來越廣泛。
2、解析度的選擇
首先考慮待觀察或待測量物體的精度,根據精度選擇解析度。相機像素精度=單方向視野範圍大小/相機單方向解析度。則相機單方向解析度=單方向視野範圍大小/理論精度。
若單視野為5mm長,理論精度為0.02mm,則單方向解析度=5/0.02=250。然而為增加系統穩定性,不會只用一個像素單位對應一個測量/觀察精度值,一般可以選擇倍數4或更高。這樣該相機需求單方向解析度為1000,選用130萬像素已經足夠。
其次看工業相機的輸出,若是體式觀察或機器軟體分析識別,解析度高是有幫助的;若是VGA輸出或USB輸出,在顯示器上觀察,則還依賴於顯示器的解析度,工業相機的解析度再高,顯示器解析度不夠,也是沒有意義的;利用存儲卡或拍照功能,工業相機的解析度高也是有幫助的。
3、相機幀數選擇
當被測物體有運動要求時,要選擇幀數高的工業相機。但一般來說解析度越高,幀數越低;
4、與鏡頭的匹配
傳感器晶片尺寸需要小於或等於鏡頭尺寸,C或CS安裝座也要匹配。
工業相機種類特別多,除了像素從幾十萬到上千萬像素,晶片也有CCD及CMOS,進口國產各公司生產的都會有些不同,那怎麼選擇合適的相機呢?
首先要弄明白的是自己的檢測任務,是靜態拍照還是動態拍照、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、產品的大小(視野)是多少、需要達到多少精度、所用軟體的性能、現場環境情況如何、有沒有其它的特殊要求等。
如果是動態拍照,運動速度是多少,根據運動速度選擇最小曝光時間以及是否需要逐行掃描的相機;而相機的幀率(最高拍照頻率)跟像素有關,通常解析度越高幀率越低,不同品牌的工業相機的幀率略有不同;根據檢測任務的不同、產品的大小、需要達到的解析度以及所用軟體的性能可以計算出所需工業相機的解析度;現場環境最要考慮的是溫度、溼度、幹擾情況以及光照條件來選擇不同的工業相機。
舉例說明:如我們的檢測任務是尺寸測量,產品大小是18mm*10mm,精度要求是0.01mm,流水線作業,檢測速度是10件/秒,現場環境是普通工業環境,不考慮幹擾問題。
首先我們知道是流水線作業,速度比較快,因此選用逐行掃描相機;視野大小我們可以設定為20mm*12mm(考慮每次機械定位的誤差,將視野比物體適當放大),假如我們能夠取到很好的圖像(比如可以打背光),而且我們軟體的測量精度可以考慮1/2亞像素精度,那麼我們需要的相機解析度就是20/0.01/2=1000pixcel(像素),另一方向是12/0.01/2=600pixcel,也就是說我們相機的解析度至少需要1000*600pixcel,幀率在10幀/秒,因此選擇1024*768像素(軟體性能和機械精度不能精確的情況下也可以考慮1280*1024pixcel),幀率在10幀/秒以上的即可。
用戶在選擇適合的工業相機時,可以從以下幾個方面進行考慮:
一、傳感器的尺寸與類型
如果說工業相機是機器視覺系統的心臟的話,那麼傳感器就是工業相機的靈魂所在,工業相機所能實現的工作大多都是依仗著傳感器的功勞,目前最為常用的傳感器分為CCD和CMOS兩種。暫時來說,CCD的成像質量要優於CMOS,而CMOS在成本上優於CCD,不過,隨著技術的不斷進步,兩者之間的差距正在慢慢縮短。同樣解析度的傳感器,可優先選擇傳感器尺寸大的,這樣有利於成像質量的提高。另外,如果要求拍攝的物體是運動的,那麼選擇CCD傳感器相機最為適宜;而要求拍攝的物體運動的距離很小的,選擇CMOS傳感器相機也是合適的。
二、相機的解析度與幀速率
眾所周知,相機的解析度直接影響著成像質量,因此,用戶應首先了解待觀察或待測量物體的精度需求,再根據需求選擇合適的解析度。例如:若單視野為12mm長,理論精度為0.01mm,則單方向解析度=12/0.01=1200,但為了增加機器視覺系統的運行穩定性,一般需要選擇4或更高倍數,這樣該相機需求單方向解析度為4800,那麼,這時選用500萬像素就已經足夠了。同時,如果在工業生產過程中用戶在測試測量方面有速度要求的話,還需要考慮相機的速率。一般情況下,需要選擇的相機幀速率要大於或等於檢測速度。
三、相機的接口
機器視覺系統一般是由光源、鏡頭、相機、圖像採集卡、圖像處理軟體這幾部分組成的,因此,相機的接口主要有兩種,一種是與鏡頭的接口,另一種是與視頻輸出組件的接口。選擇相機時,要注意相機的接口必須與鏡頭接口匹配,鏡頭是C口,相機也必須選擇C口的;鏡頭是CS口,相機也就必須選擇CS口的。另外,選擇的相機傳感器尺寸應小於或等於鏡頭支持的尺寸,否則將會出現視野顯示不完全的問題,影響圖像的效果。同時,選擇相機時,還要考慮到相機的視頻輸出接口,不同的輸出接口有著不同的輸出帶寬,也直接影響這相機的使用效果。目前,最為常見的輸出接口主要有USB、1394、Camerlink或者千兆網幾種,用戶可以根據傳輸的距離、穩定性、傳輸的數據大小,選擇不同帶寬的接口。