机器视觉系统中常用工业相机的种类
机器视觉系统3D工业相机介绍
机器视觉系统3D工业相机介绍工业相机，选择TEO。
机器视觉系统3D工业相机介绍3D立体视觉的研究将具有重要的应用价值，其也是计算机视觉研究领域的重要课题之一。
立体视觉系统能够对视场范围内的标靶进行自动识别定位，可在复杂的背景环境下实现系统的现场标定。
通过对运动体上特征点的识别定位并对数据进行分析进一步获取运动体的位置三维坐标、姿态、特征点之间的相对距离。
随着各项研究的深入，其应用也必将越来越广泛，为行业的发展提供强大的技术支持。
目前3D机器视觉大多用于水果和蔬菜、木材、化妆品、烘焙食品、电子组件和医药产品的评级。
它可以提高合格产品的生产能力，在生产过程的早期就报废劣质产品，从而减少了浪费节约成本。
这种功能非常适合用于高度、形状、数量甚至色彩等产品属性的成像。
大多数彩色摄像头都由单个采用彩色滤波器阵列或马赛克的传感器组成，这种马赛克一般由以特定模式覆盖在传感器像素上的红、蓝、绿(RGB)三色的光学滤波器组成。
然后马赛克通过将原始传感器数据转换成每个像素的RGB值进行解码，更高速度和更高性能的微处理器的出现催生了各种新型机器视觉应用。
其中，三维摄像头技术可以在生产期间测量物体的形状和色彩，这有助于提高产品质量，降低生产成本。
增加色彩功能进一步增加了质量和成本控制优势，就像人眼一样，机器视觉摄像头所感知的待查产品色彩是有差别的，这取决于照明光源、图像传感器类型及其镜头。
大多数机器视觉系统都提供灰度级产品图像分析，但在某些情况下，彩色机器视觉软件需要精确地检测产品图像的形状和轮廓。
现在，机器视觉设计人员正专注于开发各种用于实现比色法、更好的色度和亮度分解以及彩色马赛克解码的独立于硬件的算法。
3D立体视觉与人眼立体视觉相比，具有不可替代的优点，如精度高、扩展能力强大，连续工作时间长、不易损坏、保密性好、没有培训成本、结果易于保存和复制等优点，因此三D立体视觉技术的应用领域已经越来越广泛。
工业相机的分类
工业相机的分类
工业相机是一种专门用于工业应用的高性能数字相机，它具有高速、高精度、高稳定性等特点。
根据不同的应用领域和特殊要求，工业相机可以分为多种类型。
第一类是面阵相机，它是最常见的工业相机之一。
它的特点是拍摄速度较快，适用于高速运动物体的拍摄。
应用范围涵盖了缺陷检测、物体识别和定位、自动化检测等领域。
第二类是线阵相机，它与面阵相机不同的是，它只有一行像素，所以每次只能拍摄一条直线，但它的分辨率非常高。
线阵相机被广泛应用于印刷品质检测、纸币识别等领域。
第三类是超高速相机，它的拍摄速度非常快，可以达到每秒数十万帧的速度，适用于高速运动、瞬间爆发的现象的拍摄，如燃烧、爆炸等。
第四类是红外相机，它可以捕捉红外辐射能量，并将其转化为可见光图像。
它的应用领域包括夜视、红外热成像、医学诊断等。
第五类是立体视觉相机，它可以捕捉三维图像，应用领域包括机器人导航、物体识别和定位、工业自动化等。
总之，工业相机的分类非常丰富，不同的类型适用于不同的应用场景。
随着工业自动化的不断发展，工业相机的应用前景也将越来越广阔。
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工业相机的基础知识
工业相机的基础知识一、概述工业相机（Industrial Camera）又称机器视觉相机（Machine Vision Camera），是一种特殊用途的相机，主要应用于工业生产过程中的自动化视觉检测和控制领域。
相比于普通的消费级相机，工业相机具有更高的精度、更快的速度和更强的稳定性，可以满足工业领域对于快速、精确、长时间运行的要求。
二、工业相机的构成1.图像传感器（Image Sensor）图像传感器是工业相机最关键的部件之一，它负责将光学成像转化为电信号。
常用的图像传感器包括CCD（Charge-Coupled Device）和CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）两种。
CCD传感器具有高灵敏度、低噪声和高动态范围等优点，适用于对图像质量要求较高的应用；而CMOS传感器具有低功耗、低成本和集成度高等优点，适用于对成本和集成度有要求的应用。
2.图像采集板（Image Capture Board）图像采集板是工业相机与计算机之间的桥梁，它负责将图像传感器采集到的图像数据通过传输介质（如USB、GigE、CameraLink等）传输到计算机上进行处理。
图像采集板通常包含了图像采集芯片、接口和一些额外的硬件模块，以实现图像数据的传输和处理功能。
3.镜头（Lens）镜头是工业相机光学系统中的一个关键组件，它负责将目标物体的光学信息聚焦到图像传感器上。
根据应用需求的不同，可以选择不同类型的镜头，包括定焦镜头、变焦镜头和特殊用途镜头等。
定焦镜头适用于需要固定焦距的应用；变焦镜头可以根据需要调整焦距，适用于视野范围变化较大的应用；特殊用途镜头（如鱼眼镜头、微观镜头等）则适用于特殊的视觉应用。
4.光源（Light Source）光源是工业相机成像的必备条件之一，它提供了待检测物体的照明条件。
常用的光源有白光、红外光、激光等，根据不同的应用需求选择合适的光源类型和亮度。
工业相机的选型规则
工业相机的选型规则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AFT-808小型高清工业相机为有序的电信号。
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。
在机器视觉系统应用中，工业相机、工业镜头、图像采集卡、机器视觉光源、机器视觉系统平台软件，在选择过程中存在很多问题，那么今天就工业相机、工业CCD摄像头的选择，给大家介绍一些经验。
1、选择工业相机的信号类型工业相机从大的方面来分有模拟信号和数字信号两种类型。
模拟相机必须有图像采集卡，标准的模拟相机分辨率很低，一般为768*576，另外帧率也是固定的，25帧每秒。
另外还有一些非标准的信号，多为进口产品，那么成本就是比较高了，性价比很低。
所以这个要根据实际需求来选择。
另外模拟相机采集到的是模拟信号，经数字采集卡转换为数字信号进行传输存储。
模拟信号可能会由于工厂内其他设备（比如电动机或高压电缆）的电磁干扰而造成失真。
随着噪声水平的提高，模拟相机的动态范围（原始信号与噪声之比）会降低。
动态范围决定了有多少信息能够被从相机传输给计算机。
工业数字相机采集到的是数字信号，数字信号不受电噪声影响，因此，数字相机的动态范围更高，能够向计算机传输更精确的信号。
2、工业相机的分辨率需要多大。
根据系统的需求来选择相机分辨率的大小，下面以一个应用案例来分析。
应用案例：假设检测一个物体的表面划痕，要求拍摄的物体大小为10*8mm,要求的检测精度是0.01mm。
首先假设我们要拍摄的视野范围在12*10mm,那么相机的最低分辨率应该选择在：(12/0.01)*(10/0.01)=1200*1000,约为120万像素的相机，也就是说一个像素对应一个检测的缺陷的话，那么最低分辨率必须不少于120万像素，但市面上常见的是130万像素的相机，因此一般而言是选用130万像素的相机。
机器视觉系统之相机篇PPT课件
IEEE1394总线特征
Ø 1394总线的“心跳”周期是125 µs (8 kHz)； Ø 包长：1394总线每125 µs 发送的同步数据包
尺寸。
IEEE1394总线特征
IEEE1394传输距离
➢ 1394a，单根4.5m(S400)，加中继可达70m。高 质量的线缆可达17.5m(S400)(AVT)，如果调整到 S100或S200，则传输距离可达25m，甚至更长；
CCD Sensor—全帧转移
➢ 优点：填充因子(fill factor)可以达到非常高， 甚至达到100%。这样 Sensor灵敏度非常大。
➢ 缺点：由于传输和读出 使用的时钟相同，因此 Sensor上面的部分曝光 时间比下面的长，这会 造成Smear现象。为了解 决这个问题，必须使用
机械快门或闪光灯。
Output (Amplifier)
电子快门和微透镜
➢Overflow Drain主 要用来消除CCD Sensor的Blooming现 象，它也被用来实现 电子快门
➢通过Micro Lenses 可以将传感器的填充 因子提高。
CMOS Se行扫描
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USB总线传输方式
➢ 等时(isochronous)传输方式。提供了确定的带宽和间隔时 间，在传送数据发生错误时，USB并不处理这些错误，而是 继续传送新的数据；
➢ 中断(interrupt)传输方式。传输数据量小，以达到实时效 果；
➢ 控制(control)传输方式。双向传输，数据量也比较小； ➢ 批(bulk)传输方式。该方式用来传输要求正确无误的数据；
➢ 1394b,单根10m(S800)；转网络传输，用Cat5线 可达到100m(S100)，使用Cat6线，在S400情况下可 达60m；转光纤传输，可达500m(S400/S800)；直接 光纤传输100m(S800)(AVT Pike和Stingray系列)
机器视觉中用工业镜头与工业相机CCD选型指导手册道
机器视觉中用工业镜头与工业相机CCD选型指导手册道镜头的参数指标光学镜头一般称为摄像镜头或摄影镜头，简称镜头，其功能就是光学成像。
在机器视觉系统中，镜头的主要作用是将成像目标聚焦在图像传感器的光敏面上。
镜头的质量直接影响到机器视觉系统的整体性能;合理选择并安装光学镜头，是机器视觉系统设计的重要环节。
1.镜头的相关参数1焦距焦距是光学镜头的重要参数，通常用 f 来表示。
焦距的大小决定着视场角的大小，焦距数值小，视场角大，所观察的范围也大，但距离远的物体分辨不很清楚;焦距数值大，视场角小，观察范围小，只要焦距选择合适，即便距离很远的物体也可以看得清清楚楚。
由于焦距和视场角是一一对应的，一个确定的焦距就意味着一个确定的视场角，所以在选择镜头焦距时，应该充分考虑是观测细节重要，还是有一个大的观测范围重要，如果要看细节，就选择长焦距镜头;如果看近距离大场面，就选择小焦距的广角镜头。
2光阑系数即光通量，用 F 表示，以镜头焦距 f 和通光孔径 D 的比值来衡量。
每个镜头上都标有最大 F 值，例如6mm/F1.4 代表最大孔径为 4.29 毫米。
光通量与 F 值的平方成反比关系，F 值越小，光通量越大。
镜头上光圈指数序列的标值为 1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，16，22 等，其规律是前一个标值时的曝光量正好是后一个标值对应曝光量的 2 倍。
也就是说镜头的通光孔径分别是 1/1.4，1/2，1/2.8，1/4，1/5.6，1/8，1/11，1/16，1/22，前一数值是后一数值的根号 2 倍，因此光圈指数越小，则通光孔径越大，成像靶面上的照度也就越大。
3景深摄影时向某景物调焦，在该景物的前后形成一个清晰区，这个清晰区称为全景深，简称景深。
决定景深的三个基本因素: 光圈光圈大小与景深成反比，光圈越大，景深越小。
焦距焦距长短与景深成反比，焦距越大，景深越小。
物距物距大小与景深成正比，物距越大，景深越大。
工业相机类型简介
工业相机类型简介一、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工业相机: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工业相机: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工业相机: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工业相机: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工业相机: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。
机器视觉(1)
第二节 工业相机
一、工业相机的基本概念（1）
传感器的尺寸
图像传感器感光区域的面积大小。这个尺寸直接 决定了整个系统的物理放大率。如：1/3“、1/2” 等。绝大多数模拟相机的传感器的长宽比例是4： 3 (H：V)，数字相机的长宽比例则包括多种：1： 1，16：9，3：2 etc。
机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识
机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识
第一节 工业镜头
二、镜头的分类（3）
按照用途分
微距镜头（或者成为显微镜头） 用于拍摄较小的目标具有很大的放大比
远心镜头 包括物方远心镜头和像方远心镜头以及双边远心镜头。
机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识
第一节 工业镜头
二、镜头的分类（4）
关于远心镜头
远心指的是一种光学的设计模式：系统的出瞳和入瞳的位置 在无限远处。
MTF能够同时表征系统重现物方空间的几何和灰度细 节能力，是衡量成像系统性能的最佳方式。 对于一个实际的成像系统，细节密集地方的对比度要 小于细节稀疏位置的对比度
成像系统中的每个环节都对系统最终的MTF产生影像， 包括滤色片，镜头，图像传感器，后期处理电路等等。
机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识
实际焦距×43mm 镜头成像圆的直径
机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识
第一节 工业镜头
二、镜头的分类（2）
按照功能分
变焦距镜头 镜头的焦距可以调节，镜头的视角，视野可变
定焦距镜头 镜头的焦距不能调节，镜头视角固定。聚焦位置和光圈可以 调节
定光圈镜头 光圈不能调节，通常情况下聚焦也不能调节。
美制 RS – 170 Norm
欧制 CCIR - Norm
640 480 480
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机器视觉系统中常用工业相机的分类
根据不同感光芯片划分
我们知道感光芯片是摄像机的核心部件，目前摄像机常用的感光芯片有CCD和CMOS
两种：
１．CCD摄像机，CCD称为电荷耦合器件，CCD实际上只是一个把从图像半导体中出
来的电子有组织地储存起来的方法。
称为互补金属氧化物半导体，CMOS实际上只是将晶体管２．CMOS摄像机，CMOS“”
放在硅块上的技术，没有更多的含义。
表示互补金属氧化物半导体，但是不论CCD 表示电荷耦合器件而CMOS“”
尽管CCD“”
对于图像感应都没有用，真正感应的传感器称做图像半导体，CCD和CMOS
或者CMOS“”
传感器实际使用的都是同一种传感器图像半导体，图像半导体是一个P N结合半导体，能
“”
够转换光线的光子爆炸结合处成为成比例数量的电子。
电子的数量被计算信号的电压，光线进入图像半导体得越多，电子产生的也越多，从传感器输出的电压也越高。
1
因为人眼能看到Lux照度（满月的夜晚）以下的目标，CCD传感器通常能看到的照度
传感器感光度的到倍，所以目前一般CCD摄像机的图像质范围在Lux，是CMOS310
0.1~3
量要优于CMOS摄像机。
CMOS可以将光敏元件、放大器、A/D转换器、存储器、数字
信号处理器和计算机接口控制电路集成在一块硅片上，具有结构简单、处理功能多、速度快、耗电低、成本低等特点。
CMOS摄像机存在成像质量差、像敏单元尺寸小、填充率低等问题，年后出现了有源像敏单元结构，不仅有光敏元件和像敏单元的寻址开关，而且还1989“”
有信号放大和处理等电路，提高了光电灵敏度、减小了噪声，扩大了动态范围，使得一些参数与CCD摄像机相近，而在功能、功耗、尺寸和价格方面要优于CCD，逐步得到广泛的应用。
CMOS传感器可以做得非常大并有和CCD传感器同样的感光度，因此非常适用于特殊
应用。
CMOS传感器不需要复杂的处理过程，直接将图像半导体产生的电子转变成电压信号，因此就非常快，这个优点使得CMOS传感器对于高帧摄像机非常有用，高帧速度能达
到到帧秒。
400100000/
按输出图像信号格式划分
模拟摄像机
模拟摄像机所输出的信号形式为标准的模拟量视频信号，需要配专用的图像采集卡才能
转化为计算机可以处理的数字信息。
模拟摄像机一般用于电视摄像和监控领域，具有通用性好、成本低的特点，但一般分辨率较低、采集速度慢，而且在图像传输中容易受到噪声干扰，导致图像质量下降，所以只能用于对图像质量要求不高的机器视觉系统。
常用的摄像机输出信号格式有：
中国电视标准，行，场
PAL（黑白为CCIR），62550
NTSC（黑白为EIA），52560
日本电视标准，行，场
SECAM
S-VIDEO
分量传输
数字摄像机
数字摄像机是在内部集成了A/D转换电路，可以直接将模拟量的图像信号转化为数字信息，不仅有效避免了图像传输线路中的干扰问题，而且由于摆脱了标准视频信号格式的制约，对外的信号输出使用更加高速和灵活的数字信号传输协议，可以做成各种分辨率的形式，出现了目前数字摄像机百花齐放的形势。
常见的数字摄像机图像输出标准有：IEEE1394
USB2.0
DCOM3
RS-644 LVDS
Channel Link LVDS
Camera Link LVDS
千兆网
按像元排列方式划分
面阵摄像机
面阵摄像机是我们常见的形式，其像元是按行列整齐排列的，每个像元对应图像上的一
个像素点，我们一般所说的分辨率就是指像元的个数。
需要指出的是我们计算机中的彩色图
、、三个值来表示，但我们一般的彩色摄像机却并不是这样的，像一般是每个像素点由R G B
下面分别进行介绍：
黑白摄像机，每个像素点对应一个像元，该像元对于各种波长的光具有较一致的敏感度，采集得到的只是每个像素点的灰度值。
、、三采用BAYER转化的单片彩色摄像机，这种摄像机的每个像素点实际只对应R G B 、、三种像元按一定的规律排列，我们实际所得到的每个像素点的
种之一的像元，R G B
、、三原色的数值是根据该像素点及其周围若干点的三色数值进行BAYER插分计算而R G B
来的，所以这种摄像机所得到的图像往往不能得到很好的彩色效果，尤其是对应边缘位置会有较明显的色彩失真和细节的丢失。
目前我们常见的彩色摄像机一般是这种形式的，其价格和同档次的黑白摄像机相近。
BAYER彩色摄像机原理图
、、三个感光元件，采用分光3CCD彩色摄像机，这种摄像机每个像素点对应有R G B
、、三色的数值棱镜将入射光线分别折射到三个CCD靶面上，分别进行光电转换得到R G B
（见下图）。
这种摄像机得到的图像质量好，没有细节丢失的问题，但由于摄像机结构复杂，所以一般较昂贵。
另外由于这种摄像机采用了分光棱镜的方式，光线到达每个CCD靶面的
光程是不一样的，所以需要镜头做针对性的设计才能达到比较好的图像效果，所以使用
3CCD的摄像机还需要配备专用的镜头。
3CCD彩色摄像机原理图
线阵摄像机
线阵摄像机是一种比较特殊的形式，其像元是一维线状排列的，即只有一行像元，每次
只能采集一行的图像数据，只有当摄像机与被摄物体在纵向相对运动时才能得到我们平常看到的二维图像。
所以在机器视觉系统中一般用于被测物连续运动的场合，尤其适合于运动速度较快、分辨率要求较高的情况。
黑白摄像机，也是最常用的线阵摄像机，每个像素点对应一个像元，采集得到的是灰度
图像。
、、三行像元，分别对红、绿、兰三种波长3Line彩色摄像机，该摄像机的具有R G B
、、三个通道的数值，形成彩色的图像数据。
需
的光敏感，所以每个像素点都会对应R G B
要注意的是，由于R G B
、、三行像元在同一时刻所采集的并非同一位置的信息（见图），在实际应用中需要进行运动校正才能得到所需的彩色图像。
一般的摄像机都提供内部进行运动校正处理的功能，但对于对比度非常高的图像边缘还是容易出现色彩失真的现象。
3CCD3
彩色摄像机，与面阵的CCD摄像机原理相同，采用分光棱镜将入射光线分别折
、、三色的数值。
图像质量好，但需配射到三个CCD靶面上，分别进行光电转换得到R G B
备专用镜头。