機器視覺 相機

2021-07-05 21:15:06 字數 4303 閱讀 7660

在拍攝高速運動物體的場合,要選用逐行掃瞄攝像機或使用隔行掃瞄攝像機的場採集方式採集影象。

線陣攝像機適合於目標物體幅面大,或缺陷尺寸微小的場合,如:印刷質量檢測,pcb板檢測,布匹或棉花的檢測,顆粒(糧食、水果等)檢測等。

ccd和cmos的主要效能比較

最大行頻

最大幀率

畫素深度

訊雜比

動態範圍 

感光度

影象採集方式

**(快門)

binning

blooming

smear(漏光)

攝像機選型的基本原則

如何選擇工業相機

工業相機是機器視覺系統及工業檢測應用的重要組成部分,但如何選擇合適的工業相機?選擇工業相機前,首先要清楚自己的檢測任務,是拍靜態還是動態,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,現場環境情況如何,有沒有其它的特殊要求等。在這裡根據我們的經驗做個總結。希望幫助大家在選購工業相機時能夠做到心中有數,真正能選購到適合自己的相機。

模擬相機&數字相機

模擬相機必須帶數字採集卡,經數字採集卡轉換為數碼訊號進行傳輸儲存。一般模擬相機解析度很低,另外幀率也是固定的。模擬訊號可能會由於工廠內其他裝置(比如電動機或高壓電纜)的電磁干擾而造成失真。隨著雜訊水平的提高,模擬相機的動態範圍(原始訊號與雜訊之比)會降低。動態範圍決定了有多少資訊能夠被從相機傳輸給計算機。

數字相機採集到的是數碼訊號,數碼訊號不受電雜訊影響,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訊號。這個要根據實際需求來選擇。

解析度解析度不是越高越好,是要根據系統實際應用需求來選擇解析度的大小。

應用案例:假設檢測乙個物體的表面劃痕,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120萬畫素的相機,也就是說乙個畫素對應乙個檢測的缺陷的話,那麼最低解析度必須不少於120萬畫素,但市面上常見的是130萬畫素的相機,因此一般而言是選用130萬畫素的相機。但實際問題是,如果乙個畫素對應乙個缺陷的話,那麼這樣的系統一定會極不穩定,因為隨便的乙個干擾畫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個畫素以上,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300萬畫素,通常採用300萬畫素的相機為最佳(我見過最多的人抱著亞畫素不放說要做到零點幾的亞畫素,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個畫素,就是乙個缺陷對應0.1個畫素,缺陷的大小是由畫素點個數來計算的,試問0.1個畫素的面積怎麼來表示?這些人以亞畫素來忽悠人,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,那麼採用亞畫素演算法,130萬畫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,隨便偏移乙個畫素,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個畫素左右,這就很好的保證了測量的精度。

ccd&cmos

如果要求拍攝的物體是運動的,要處理的物件也是實時運動的物體,當然選擇迪美捷全幀**的ccd晶元相機為最適宜。但有的廠商生產的cmos相機如果採用幀**的方式的話,也可以當作ccd來使用的。又假如物體運動的速度很慢,在我們設定的相機**時間範圍內,物體運動的距離很小,換算成畫素大小也就在一兩個畫素內,那麼選擇cmos相機也是合適的。因為在**時間內,一兩個畫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個畫素的偏差,物體拍出來的影象就有拖影,這樣就不能選擇cmos相機了。

彩色&黑白

如果我們要處理的是與影象顏色有關,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,尤其是在看影象邊緣的時候,黑白的效果更好。

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影象的時間一定要快,一定要在相機的**和傳輸的時間內完成。

線陣&面陣

對於檢測精度要求很高,面陣相機的解析度達不到要求的情況下,當然線陣相機是必然的乙個選擇。

傳輸介面

根據傳輸的距離、穩定性、傳輸的資料大小(頻寬)選擇usb、1394、camerlink、百兆/千兆網介面的相機。

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影象的清晰度。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。

舉例說明工業相機的選擇原則:如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,不考慮干擾問題。首先知道是流水線作業,速度比較快,因此選用逐行掃瞄相機;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),假如能夠取到很好的影象(比如可以打背光),而且我們軟體的測量精度可以考慮1/2亞畫素精度,那麼我們需要的相機解析度就是20/0.01/2=1000pixcel(畫素),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,楨率在10楨/秒,因此選擇1024*768畫素(軟體效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楨/秒以上的即可。

數字攝像頭常見技術引數

相機傳輸方式的確定,針對目前市面上的相機傳輸方式及其應用的優缺點如下所述:

1)模擬相機(pci採集卡),對速度要求不高可選擇。其優點:穩定,價效比高;缺點:幀率低,一般只能達到25幀—30幀;

2)usb介面相機,系統只用到單個相機的可先擇,要求高速的時候可先擇。優點:不需要佔pci插槽,幀頻高,價效比高;缺點:佔系統cpu;

3)1394介面相機,系統用到多個相機的時候可先擇,要求高速的時候可先擇。優點:不佔系統cpu,幀頻高; 缺點:佔pci插槽,**昂貴。

速度和**

在選擇一款工業數字相機時,物體成像的速度必須充分考慮好。例如,假設在拍攝過程中,物體在**中沒有移動,可用相對簡單和便宜的工業相機;

對於靜止或緩慢移動的物體,面陣工業相機最適合於對靜止或移動緩慢的物體成像。因為整個面陣區域必須一次**,在**時間當中任何的移動會導致影象的模糊,但是,運動模糊可以通過減少**時間或使用閃光燈來控制;

對於快速移動的物體,當對運動的物體使用乙個面陣工業相機時,需要考慮在**時間當中處於工業相機當中的運動物件數量,還需要考慮物體上能用乙個畫素表徵的最小特徵,也就是物件解析度,在採集運動物體的影象的拇指規則就是**必須發生在採集物體移動量小於乙個畫素的時間內。如果你採集的物體是在以1厘公尺/秒的速度勻速移動,而且物體解析度已經設定為1 pixel/mm,那麼需要的最大**時間是1/10每秒。因為物體移動乙個距離恰好等於相機感測器中的乙個畫素,當使用最大**時間時這裡會有一定數量的模糊。在這種情況下,一般傾向於將**時間設定的比最大值要快,比如1/20每秒,就能保持物體在移動半個畫素內成像。如果同樣的物體以1厘公尺/秒的速度移動,物體解析度為1 pixel/微公尺,那麼一秒中所需要的最大**是1/10000.**設定的對快取決於所採用的相機,還有你是否能夠給物體足夠的光來獲得一幅好的影象。

選擇數字相機還是模擬相機

影象處理器和採集卡屬於相對容易選擇的電子裝置,它們的主要引數是儲存能力和處理速度。

ccd和cmos二者在影象質量上沒有明顯的優劣之分。基於cmos的工業相機需要的部件較少,電耗較低,提供資料的速度也比基於ccd的相機快; 但ccd則是更為成熟的技術,能夠以較低的雜訊提供質量更好的影象,而弱點是資料傳輸速度較慢,不太靈活,部件較多和電耗較高。

影響相機**因素

ccd和cmos晶元在內部都生成模擬訊號,因此,模擬相機和數字相機之間的主要區別在於影象是在**被數位化的。數字相機在相機裡將訊號數位化,並且通過序列匯流排介面(比如firewire, usb, camera link, gigabit ethernet)將訊號以數字方式傳輸給計算機(或影象處理器)。而在另一方面,模擬相機系統並不是在其內部將影象訊號數位化(數位化是由計算機完成的),所以,模擬資訊是通過同軸電纜而進行傳輸的。

儘管兩種方法都能夠有效地傳輸訊號,但模擬訊號可能會由於工廠內其他裝置(比如電動機或高壓電纜)的電磁干擾而造成失真。隨著雜訊水平的提高,模擬相機的動態範圍(原始訊號與雜訊之比)會降低。動態範圍決定了有多少資訊能夠被從相機傳輸給計算機。

典型的模擬相機需要5瓦到10瓦操作功率,而解析度指標相當的數字相機則不到1瓦

結論:為機器視覺系統選擇相機時要認真考慮工業相機的效能和成本。雖然工業模擬相機遠比工業數字相機便宜,但它們的解析度和影象質量較低,所以可能會被侷限在要求不太高的應用中。數字相機比模擬相機昂貴,但它們的高成本可能值得為要求高速度、高準確度和高精度的應用而付出。

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