工业相机简介.doc

一、工业相机类型简介

CCD 是60年代末期由贝尔试验室发明。开始作为一种新型的PC存储电路，很快CCD具有许多其他潜在的应用，包括信号和图像（硅的光敏性）处理。

CCD 是在薄的硅晶片上处理一系列不同的功能，在每一个硅晶片上分布几个相同的IC等可产生功能的元件，被选择的IC从硅晶片上切下包装在载体里用在系统上。总结下来，CCD 主要有以下几种类型：

1、面阵CCD：

允许拍摄者在任何快门速度下一次曝光拍摄移动物体。

2、线阵CCD：

用一排像素扫描过图片，做三次曝光——分别对应于红、绿、蓝三色滤镜，正如名称所表示的，线性传感器是捕捉一维图像。初期应用于广告界拍摄静态图像，线性阵列，处理高分辨率的图像时，受局限于非移动的连续光照的物体。3、三线传感器CCD：

在三线传感器中，三排并行的像素分别覆盖RGB滤镜，当捕捉彩色图片时，完整的彩色图片由多排的像素来组合成。三线CCD传感器多用于高端数码相机，以产生高的分辨率和光谱色阶。

4、交织传输CCD：

这种传感器利用单独的阵列摄取图像和电量转化，允许在拍摄下一图像时在读取当前图像。交织传输CCD通常用于低端数码相机、摄像机和拍摄动画的广播拍摄机。

5、全幅面CCD：

此种CCD 具有更多电量处理能力，更好动态范围，低噪音和传输光学分辨率，全幅面CCD 允许即时拍摄全彩图片。全幅面CCD由并行浮点寄存器、串行浮点寄存器和信号输出放大器组成。全幅面CCD 曝光是由机械快门或闸门控制去保存图像，并行寄存器用于测光和读取测光值。图像投摄到作投影幕的并行阵列上。此元件接收图像信息并把它分成离散的由数目决定量化的元素。这些信息流就会由并行寄存器流向串行寄存器。此过程反复执行，直到所有的信息传输完毕。接着，系统进行精确的图像重组。

二、工业相机参数简介

工业相机是机器视觉系统中的一个关键组件，其最本质的功能就是将光信号转变成为有序的电信号。选择合适的相机也是机器视觉系统设计中的重要环节，相机的不仅是直接决定所采集到的图像分辨率、图像质量等，同时也与整个系统的运行模式直接相关。

主要参数

1. 分辨率（Resolution）：相机每次采集图像的像素点数（Pixels），对于数字相机机一般是直接与光电传感器的像元数对应的，对于模拟相机机则是取决于视频制式，PAL制为768*576，NTSC制为640*480。

2. 像素深度（Pixel Depth）：即每像素数据的位数，一般常用的是8Bit，对于数字相机机一般还会有10Bit、12Bit等。

3. 最大帧率（Frame Rate）/行频（Line Rate）：相机机采集传输图像的速

率，对于面阵相机机一般为每秒采集的帧数（Frames/Sec.），对于线阵相机机为每秒采集的行数（Hz）。

4. 曝光方式（Exposure）和快门速度（Shutter）：对于线阵相机机都是逐行曝光的方式，可以选择固定行频和外触发同步的采集方式，曝光时间可以与行周期一致，也可以设定一个固定的时间；面阵相机机有帧曝光、场曝光和滚动行曝光等几种常见方式，数字相机机一般都提供外触发采图的功能。快门速度一般可到10微秒，高速相机机还可以更快。

5. 像元尺寸（Pixel Size）：像元大小和像元数（分辨率）共同决定了相机机靶面的大小。目前数字相机机像元尺寸一般为3μm-10μm，一般像元尺寸越小，制造难度越大，图像质量也越不容易提高。

6. 光谱响应特性（Spectral Range）：是指该像元传感器对不同光波的敏感特性，一般响应范围是350nm－1000nm，一些相机机在靶面前加了一个滤镜，滤除红外光线，如果系统需要对红外感光时可去掉该滤镜。

三、工业相机的工作原理

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做图像处理,处理的对像是从工业相机来的图像，所以，工业相机的选择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检测任务，是静态拍照还是动态拍照、拍照的频率是多少、是做缺陷检测还是尺寸测量或者是定位、产品的大小（视野）是多少、需要达到多少精度、所用软件的性能、现场环境情况如何、有没有其它的特殊要求等。如果是动态拍照，运动速度是多少，根据运动速度选择最小曝光时间以及是否需要逐行扫描的相机；而相机的桢率（最高拍照频率）跟像素有关，通常分辨率越高桢率越低，不同品牌的工业相机的桢率略有不同；根据检测任务的不同、产品的大小、需要达到的分辨率以及所用软件的性能可以计算出所需工业相机的分辨率；现场环境最要考虑的是温度、湿度、干扰情况以及光照条件来选择不同的工业相机。8Vz!zY q0q-Coh>

举例说明：如我们的检测任务是尺寸测量，产品大小是18mm*10mm，精度要求是0.01mm，流水线作业，检测速度是10件/秒，现场环境是普通工业环境，不考虑干扰问题。首先我们知道是流水线作业，速度比较快，因此选用逐行扫描相机；视野大小我们可以设定为20mm*12mm（考虑每次机械定位的误差，将视野比物体适当放大），假如我们能够取到很好的图像（比如可以打背光），而且我们软件的测量精度可以考虑1/2亚像素精度，那么我们需要的相机分辨率就是20/0.01/2=1000pixcel（像素），另一方向是12/0.01/2=600pixcel，也就是说我们相机的分辨率至少需要1000*600pixcel，桢率在10桢/秒，因此选择1024*768像素（软件性能和机械精度不能精确的情况下也可以考虑1280*1024pixcel），桢率在10桢/秒以上的即可。

一般高速相机指的是数字工业相机，其一般安装在机器流水线上代替人眼来做测量和判断，通过数字图像摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果

来控制现场的设备动作。广泛应用于生产检测、制药、印刷、电子、电气制造、以及更高要求的行业。

四、工业相机的主要性能特点

图像感光芯片：以前工业相机都使用CCD芯片。这使得相机具有高灵敏度和低图像噪声。此外，CCD工业相机还具有以下三个主要特征：1、全局快门；

2、黑白与彩色两种型号；

3、长期都有库存。

与此同时，越来越多的CMOS感光芯片也被用于工业相机领域。由于它们成本较低，可以有效降低机器视觉应用的整体造价。但大多数CMOS相机的卷帘式快门限制了其应用领域。维视数字图像技术有限公司专业研发生产CCD和CMOS两种芯片的相机，以及机器视觉相关产品。

没有图象处理：数字感光芯片还将一些物理及化学方面的属性（如温度、酸度等）转换为数字信号。感光芯片不对这些属性进行任何分析处理，它们只是尽可能准确的将其转换为数字信号。工业相机本质上是将光子信号转换为数字信号的设备，而这里所谓的数字信号就是图像。这些图像不一定非得看起来如何美轮美奂，在工业机器视觉领域，只需要相机尽可能精确的将光信号转换为电信号。所以，工业相机不会美化它拍摄的画面，同理，机器视觉领域也应尽量避免压缩图像。

镜头：机器视觉技术的应用领域非常广泛。因此，大部分工业相机在发售时都不带镜头，但带有镜头基座。镜头接口有两种型号：C和CS。维视图像生产的工业相机支持这两种接口。此外，市场上还有显微镜、望远镜、内窥镜等其它基于这些装配接口标准的镜头。

数字I/O接口：机器视觉的定义不仅仅是捕捉到图像，还包括与机器的交互。为此，工业相机提供了数字I/O接口。其中用的最多的就是外触发输出。在外触发模式下，相机根据外界事件触发快门，捕捉图像。典型的应用就是传送带上安装光栅，然后将工业相机放置在旁边。当有目标物体经过光栅时，触发脉冲信号，进而让相机曝光。

编程界面：工业相机是数字化的图像感应设备。其信号即图像最终还是要由计算机进行分析。在进行图像分析前，首先需要设置相机参数和捕捉图像。通常，机器视觉需要相机控制、图象采集和图象分析这三部分整合为一个程序。工业相机的生产商一般也都会提供编程接口，用于相机控制和图象采集。通常，这些接口是专有的。

长期稳定性：机器视觉最早被应用在工业生产领域。在该领域的各类组件都必须跟上技术的潮流，但同时还得保证长期供应。因此，维视图像在生产工业相机时采用了模块化组件和标准化接口。这样一来，使得维视图像工业相机的性能保持稳定。