工業(yè)相機(jī)

　　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，其最本質(zhì)的功能就是將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成有序的電信號(hào)。選擇合適的相機(jī)也是機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，相機(jī)的選擇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)。

　　主要參數(shù)

　　1.分辨率（Resolution）：相機(jī)每次采集圖像的像素點(diǎn)數(shù)（Pixels），對(duì)于數(shù)字相機(jī)一般是直接與光電傳感器的像元數(shù)對(duì)應(yīng)的，對(duì)于模擬相機(jī)機(jī)則是取決于視頻制式，PAL制為768*576，NTSC制為640*480。

　　2.像素深度（PixelDepth）：即每像素?cái)?shù)據(jù)的位數(shù)，一般常用的是8Bit，對(duì)于數(shù)字相機(jī)機(jī)一般還會(huì)有10Bit、12Bit等。

　　3.最大幀率（FrameRate）/行頻（LineRate）：相機(jī)采集傳輸圖像的速率，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)（Lines/Sec.）。

　　4.曝光方式（Exposure）和快門速度（Shutter）：對(duì)于線陣相機(jī)都是逐行曝光的方式，可以選擇固定行頻和外觸發(fā)同步的采集方式，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)行曝光等幾種常見方式，數(shù)字相機(jī)一般都提供外觸發(fā)采圖的功能?？扉T速度一般可到10微秒，高速相機(jī)還可以更快。

　　5.像元尺寸（PixelSize）：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。數(shù)字相機(jī)像元尺寸為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。

　　6.光譜響應(yīng)特性（SpectralRange）：是指該像元傳感器對(duì)不同光波的敏感特性，一般響應(yīng)范圍是350nm－1000nm，一些相機(jī)機(jī)在靶面前加了一個(gè)濾鏡，濾除紅外光線，如果系統(tǒng)需要對(duì)紅外感光時(shí)可去掉該濾鏡。

　　7.接口類型：有CameraLink接口，以太網(wǎng)接口，USB接口輸出。

　　詳細(xì)介紹

　　工業(yè)相機(jī)又俗稱攝像機(jī)，相比于傳統(tǒng)的民用相機(jī)（攝像機(jī)）而言，它具有高的圖像穩(wěn)定性、高傳輸能力和高抗干擾能力等，市面上工業(yè)相機(jī)大多是基于CCD（ChargeCoupledDevice）或CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor）芯片的相機(jī)。

　　CCD是目前機(jī)器視覺最為常用的圖像傳感器。它集光電轉(zhuǎn)換及電荷存貯、電荷轉(zhuǎn)移、信號(hào)讀取于一體，是典型的固體成像器件。CCD的突出特點(diǎn)是以電荷作為信號(hào)，而不同于其它器件是以電流或者電壓為信號(hào)。這類成像器件通過光電轉(zhuǎn)換形成電荷包，而后在驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下轉(zhuǎn)移、放大輸出圖像信號(hào)。典型的CCD相機(jī)由光學(xué)鏡頭、時(shí)序及同步信號(hào)發(fā)生器、垂直驅(qū)動(dòng)器、模擬/數(shù)字信號(hào)處理電路組成。CCD作為一種功能器件，與真空管相比，具有無灼傷、無滯后、低電壓工作、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。

　　CMOS圖像傳感器的開發(fā)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代初，90年代初期，隨著超大規(guī)模集成電路(VLSI)制造工藝技術(shù)的發(fā)展，CMOS圖像傳感器得到迅速發(fā)展。CMOS圖像傳感器將光敏元陣列、圖像信號(hào)放大器、信號(hào)讀取電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、圖像信號(hào)處理器及控制器集成在一塊芯片上，還具有局部像素的編程隨機(jī)訪問的優(yōu)點(diǎn)。CMOS圖像傳感器以其良好的集成性、低功耗、高速傳輸和寬動(dòng)態(tài)范圍等特點(diǎn)在高分辨率和高速場合得到了廣泛的應(yīng)用。

　　如何選擇

　　工業(yè)相機(jī)一般安裝在機(jī)器流水線上代替人眼來做測量和判斷，通過數(shù)字圖像攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動(dòng)作。

　　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)的幀率（最高拍照頻率）跟像素有關(guān)，通常分辨率越高幀率越低，不同品牌的工業(yè)相機(jī)的幀率略有不同；

　　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)。

　　舉例說明：如我們的檢測任務(wù)是尺寸測量，產(chǎn)品大小是18mm*10mm，精度要求是0.01mm，流水線作業(yè)，檢測速度是10件/秒，現(xiàn)場環(huán)境是普通工業(yè)環(huán)境，不考慮干擾問題。

　　首先我們知道是流水線作業(yè)，速度比較快，因此選用逐行掃描相機(jī)；視野大小我們可以設(shè)定為20mm*12mm（考慮每次機(jī)械定位的誤差，將視野比物體適當(dāng)放大），假如我們能夠取到很好的圖像（比如可以打背光），而且我們軟件的測量精度可以考慮1/2亞像素精度，那么我們需要的相機(jī)分辨率就是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(jī)的分辨率至少需要1000*600pixcel，幀率在10幀/秒，因此選擇1024*768像素（軟件性能和機(jī)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。