1工业相机原理及选型指导
工业相机的原理及选择
工业相机的原理及选择随着工业4.0的到来，机器视觉系统在智能制造领域的应用越来越广泛，相机、镜头是机器视觉的重要组成部分，合适的相机和镜头决定了系统应用的好坏。
因此，选择合适的工业相机与镜头非常重要，本文主要介绍如何选择合适的工业相机和对应的镜头。
小孔成像原理由光源A发出的一束光线通过一个小孔后，在孔后面的屏幕上就会留下一个光斑。
同理光源B也会在屏幕上形成一个光斑，如果A和B离得足够远，它们在屏幕上的光斑也分开比较远，这就得到了物体AB的一个比较清晰的像。
凸透镜成像原理由光源发出的一束光线，经过透镜的折射作用后方向和发散度都出现变化，在像平面上形成一个新的交点，即像点。
工业相机结构和成像过程被摄物通过镜头汇聚光线，使机身内部的感光材料（就是传统的胶片，或者说现在数码时代说的ccd、cmos）感知光线，然后通过相应的光电或者化学反应，让影像清晰的留在感光材料上，并通过光电技术存储在存储卡上。
光线通过镜头后，在机身内有一个五棱镜，光线通过反复折射后，将影像还原成了正的。
如下图所示。
工业相机的选择步骤：步骤一，需要先知道系统精度要求和工业相机分辨率；步骤二，需要知道系统速度要求与工业相机成像速度；步骤三，需要将工业相机与图像采集卡一并考虑，因为这涉及到两者的匹配；步骤四，价格的比较。
选择工业相机应注意什么？1、根据应用的不同来决定是需要选用CCD还是CMOS相机。
CCD工业相机主要应用在运动物体的图像提取，如贴片机，当然随着CMOS技术的发展，许多贴片机也在选用CMOS工业相机。
用在视觉自动检查的方案或行业中一般用CCD工业相机比较多。
CMOS工业相机由成本低，功耗低也应用越来越广泛。
2、分辨率的选择，首先考虑待观察或待测量物体的精度，根据精度选择分辨率。
其次看工业相机的输出，若是体式观察或机器软件分析识别，分辨率高是有帮助的；若是VGA输出或USB输出，在显示器上观察，则还依赖于显示器的分辨率，工业相机的分辨率再高，显示器分辨率不够，也是没有意义的；利用存储卡或拍照功能，工业相机的分辨率高也是有帮助的。
工业相机如何选型
感光度是相机对光线的敏感程度，感光度越高，相机在低光照
环境下的拍摄能力越强。
工业相机的特点与优势
高分辨率
高速性能
工业相机一般采用高像素传感器和高分辨率 镜头，能够提供高清晰度的图像。
工业相机具备快速拍摄和传输图像的能力， 能够满足高速生产线和高精度检测的需求。
耐用性和可靠性
数据传输和处理
工业相机采用坚固的材料和密封设计，能够 适应恶劣的工作环境，具有较长的使用寿命 和较低的故障率。
光圈
光圈是调节镜头进光量的装置，由一组叶片组 成，可调节镜头的通光量。
3
快门
快门是控制相机曝光时间的装置，可分为机械 快门和电子快门两种。
相机的基本参数
传感器尺寸
01
传感器是相机捕捉图像的关键元件，其尺寸越大，成像质量越
高。
像素
02
像素是衡量相机分辨率的指标，像素越高，图像细节表现越丰
富。
感光度
03
工业相机通常用于生产线上的产品检测、识别、测量等自动 化控制任务，具有高精度、高速度、高可靠性等特点。
工业相机的分类
根据感光芯片类型
CCD工业相机和CMOS工业相机。
根据分辨率
高分辨率工业相机、中分辨率工业 相机和低分辨率工业相机。
根据拍摄景深
定焦工业相机和变焦工业相机。
根据接口类型
USB工业相机、GigE工业相机和 1394工业相机等。
工业相机如何选型
contents
目录
• 工业相机简介 • 工业相机的基本组成和特点 • 工业相机的选型要点 • 工业相机的使用和维护 • 工业相机的发展趋势和未来展望
01
工业相机简介
工业相机的定义
工业相机镜头地全参数及选型
工业相机镜头地全参数及选型工业相机是一种专门用于工业应用的相机，具有快速捕捉图像和高精度检测的特点。
而镜头则是相机成像质量的重要组成部分。
本文将从工业相机镜头的工作原理、参数以及选型等方面进行详细介绍。
一、工业相机镜头的工作原理二、工业相机镜头的参数1.焦距：焦距是指从镜头光轴上虚拟焦点到镜头物镜的距离，决定了物体成像的大小。
2.光圈：光圈是指透过镜头的光线的直径，决定了镜头的透光量。
光圈越大，透光量越大，但景深会减小。
3.滤光片：滤光片用于过滤一些波长的光线，可根据需求选用不同滤光片，如红外滤光片、紫外滤光片等。
4.分辨率：分辨率是指图像中可区分出的最小单位，通常用像素表示。
分辨率越高，图像越清晰，但也会增大数据量。
5.畸变：畸变是指由于镜头制造或成像等原因，在图像中出现的形变。
工业相机需要尽可能低的畸变，以保证测量的准确性。
6.变焦和变倍：有些工业相机镜头具备变焦和变倍功能，可以根据需求调整焦距和视野范围。
7.耐用性：工业相机镜头需要具备较高的耐用性，能适应不同工作环境的要求。
三、工业相机镜头的选型在选择工业相机镜头时，需要考虑以下几个方面：1.图像质量：镜头的分辨率、畸变、透光量等参数决定了图像的质量，根据不同应用需求选择合适的镜头。
2.适应环境：工业相机常用于恶劣的工业环境中，需要选择具备较高耐用性和防护性能的镜头。
3.成本因素：工业相机镜头的价格相对较高，需要根据预算选择合适的镜头。
4.应用需求：根据不同的应用需求，如测量、检测、识别等，选择适合的焦距、视野范围等参数的镜头。
四、工业相机镜头的品牌推荐目前市场上有许多知名的工业相机镜头品牌，如Schneider-Kreuznach、Zeiss、Tamron、Fujinon等。
这些品牌都有丰富的工业相机镜头产品线，能够满足不同应用需求。
结语：工业相机镜头作为工业相机的核心部件，对图像质量和成像效果起到关键作用。
在选型过程中，需要根据应用需求、成本因素等综合考虑，选择适合的镜头。
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。
工业相机原理及选型指导
工业相机原理及选型指导工业相机是一种专用于工业应用的图像采集设备。
相比于普通相机，工业相机具有更高的性能和可靠性要求，以应对各种工业环境下的图像处理需求。
本文将介绍工业相机的原理以及选型指导。
一、工业相机原理：2. 采集接口：工业相机的采集接口通常为高速数字接口，如GigE Vision、USB3 Vision和Camera Link等。
这些接口能够提供高速的图像传输速率和稳定的数据传输质量，适用于快速和准确的图像采集。
3.图像处理功能：工业相机通常具有图像增强、格式转换和缓存等图像处理功能。
这些功能能够提高图像的质量和适应不同的图像处理需求。
4.工业环境适应性：工业相机通常采用工业级的外壳设计，具有防尘、防水、抗震等特性，以适应各种恶劣的工业环境。
二、工业相机选型指导：1.图像质量要求：根据实际需求确定图像分辨率、动态范围、灵敏度等参数。
高分辨率适用于细节要求较高的应用；较宽的动态范围适用于光照变化较大的应用；高灵敏度适用于低光环境下的应用。
2.采集速度要求：根据实际需求确定采集帧率。
高帧率适用于快速运动的目标或者高速连续采集的应用。
3. 接口类型：根据系统的要求选择合适的接口类型。
GigE Vision和USB3 Vision接口具有简单、灵活的特点，适用于一般工业应用；Camera Link接口具有高带宽和低延迟的特点，适用于大数据量和实时处理的应用。
4.工业环境要求：根据现场环境的要求选择具有合适防护等级的相机。
对于尘土较多的环境，选择具有IP67防护等级的相机；对于防水要求较高的环境，选择具有IP68防护等级的相机。
5.软件支持和兼容性：选择具有强大软件支持和兼容性的相机系统，以便进行图像处理和系统集成。
一些相机厂商提供了丰富的开发工具和SDK，以满足各种图像处理需求。
总之，工业相机是一种专用于工业应用的图像采集设备，具有高性能、可靠性和适应性的要求。
选型时需要根据实际需求确定图像质量、采集速度、接口类型、工业环境要求和软件支持等因素，以选择最合适的工业相机。
工业相机镜头地全参数与选型
工业相机镜头地全参数与选型工业相机镜头是工业自动化领域中重要的设备之一，广泛应用于机器视觉、智能检测、无损检测等领域。
在选购工业相机镜头时，需要考虑到相机的应用环境、被测物体的特性以及相机镜头的参数。
本文将介绍工业相机镜头的全参数并进行选型分析。
一、工业相机镜头的全参数1.焦距(Focal Length)：焦距是镜头将光线聚焦的能力。
不同的焦距会影响镜头的视角和放大倍数。
一般来说，较长焦距的镜头具有较大的放大倍数和较小的视角，适合远距离拍摄；较短焦距的镜头具有较小的放大倍数和较大的视角，适合近距离大范围拍摄。
2.镜头结构(Lens Structure)：镜头的结构包括透镜的数量和排列方式。
常见的结构有单透镜结构、双透镜结构、复合透镜结构等。
不同的结构会影响成像质量、畸变程度和成本。
3.光圈(Aperture)：光圈控制着进入相机的光线量，它是一个由多个薄片组成的机械装置。
可以通过调节光圈的大小来控制曝光量和景深。
较大的光圈适合拍摄光线较暗的场景，提高曝光量；较小的光圈适合拍摄光线较亮的场景，提高景深。
4.最小对焦距离(Minimum Focus Distance)：最小对焦距离是指物体与镜头的最小距离，也是相机能够聚焦的最小距离。
镜头的最小对焦距离直接影响镜头的应用范围，较小的最小对焦距离适合拍摄微小物体，较大的最小对焦距离适合拍摄大型物体。
5.最大光学放大倍率(Maximum Optical Magnification)：最大光学放大倍率是镜头能够放大物体的倍数。
较大的光学放大倍率可以提高图像的清晰度和细节，适合拍摄对细节要求较高的场景。
6.视场角(Field of View)：视场角是指从相机镜头看到的场景范围。
它受到镜头焦距、相机感光元件尺寸和被测物体距离的影响。
一般来说，较长焦距的镜头具有较小的视场角，较短焦距的镜头具有较大的视场角。
7.图像传感器尺寸(Image Sensor Size): 图像传感器尺寸是指相机感光元件的尺寸。
工业相机方案
工业相机方案在现代工业生产中，工业相机被广泛应用于各种生产环境中，用于进行自动化检测、质量控制和生产过程监控等工作。
工业相机的高分辨率、高速度和稳定性等特点，使其成为工业自动化的关键组成部分。
本文将介绍工业相机的基本原理、应用领域及如何选择合适的工业相机方案。
一、工业相机的基本原理工业相机是一种特殊的数字相机，它具有高速度、高分辨率和稳定性等特点。
与普通消费级相机相比，工业相机更注重图像的准确性和可靠性。
工业相机通常采用CCD或CMOS传感器来捕捉图像，并通过适当的图像处理算法来提高图像质量。
工业相机的基本原理是将光线传感器转换成电信号，然后通过图像处理器将电信号转化为数字图像。
工业相机通常具有以下特点：1. 高分辨率：工业相机可以捕捉高分辨率的图像，以便更准确地检测和识别物体。
2. 高速度：工业相机具有快速的图像捕捉和传输速度，以满足生产线上的高速运行需求。
3. 稳定性：工业相机具有抗干扰能力和长时间稳定工作的能力，可以在恶劣的环境条件下正常工作。
4. 多功能性：工业相机可以通过不同的光源、滤镜和镜头等配件进行灵活配置，以满足不同的应用需求。
二、工业相机的应用领域工业相机可以应用于多个领域，下面是一些常见的应用示例：1. 自动化检测：工业相机可以用于自动化检测和质量控制，例如在生产线上对产品进行缺陷检测、尺寸测量和颜色识别等。
2. 视觉引导系统：工业相机可以用于机器人和自动导航系统的视觉引导，帮助机器人和车辆进行精确定位和路径规划。
3. 制药和医疗行业：工业相机可以用于制药和医疗设备的检测和监控，例如药品包装检查和手术辅助等。
4. 汽车制造业：工业相机可以应用于汽车制造过程中的检测和质量控制，例如对汽车零部件的组装和表面检查等。
5. 食品加工行业：工业相机可以用于食品加工过程中的检测和质量控制，例如对食品包装的检查、异物检测和码垛等。
三、选择合适的工业相机方案选择合适的工业相机方案需要考虑多个因素，包括应用需求、环境条件和预算等。
工业相机的选型依据和步骤相关题目
工业相机的选型依据和步骤相关题目工业相机，作为一个关键的工业检测设备，被广泛应用于生产制造、质量检测等领域。
在选择工业相机时，需要根据具体的需求和应用场景进行综合考量。
下面是选型工业相机的相关依据和步骤。
一、了解应用需求1.1 确定应用场景：工业相机最常见的应用场景包括物体检测、目标定位、尺寸测量、缺陷检测等。
根据实际需求确定所需的应用场景。
1.2 确定测量对象：不同的测量对象，对工业相机的要求亦不同，例如，对于不同尺寸、形状、材质的物体测量，对相机的要求也会有所不同。
1.3 确定应用环境：考虑光线条件、噪声干扰、温度、湿度等因素对工业相机性能的影响，以确定所需的相机性能规格。
二、确定相机性能参数2.1 分辨率：根据应用需求确定所需的图像分辨率，分辨率越高，图像质量越好，但同时也会增加数据处理和存储的压力。
2.2 帧率：确定所需的实时性要求，根据应用场景选择相对较高的帧率，以保证图像流畅性。
2.3 动态范围：根据应用需求和光线条件，选择适当的动态范围，以兼顾亮度范围和细节表现。
2.4 像素尺寸和感光器件：大像素尺寸和高灵敏度的感光器件，有助于提高图像质量和低光条件下的表现。
三、选择合适的接口和操作方式3.1 接口类型：根据实际应用需求和设备接口要求，选择相机的接口类型，常见的接口包括GigE Vision、USB3.0、Camera Link 等。
3.2 操作方式：根据操作便捷性和控制灵活性的要求，选择相机的操作方式，常见的操作方式包括相机自带的硬件按键、软件控制等。
四、考虑系统兼容性和易用性4.1 平台兼容性：选择具有良好兼容性的工业相机，以便于与其他设备和系统的集成，例如软件平台、图像处理设备等。
4.2 易用性和稳定性：考虑相机操作界面的友好性、驱动程序的稳定性以及厂家的技术支持和维护等因素，以提升相机的使用便利性和可靠性。
五、选择合适的厂家和品牌5.1 厂家信誉和口碑：选择具有良好信誉和口碑的工业相机厂家，以确保产品质量和售后服务。
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二、CCD&CMOS相机 CCD的概念
CCD
Charged Coupled Device: 电荷耦合器 大量的独立的光敏元件排列在一起 每个光敏元件称为像素
像素
图像的基本单位：最小的视觉显示单位.
-8-
二、CCD&CMOS相机 CCD结构及工作原理
实物
光子
电荷
模拟量（电压） 数字量
三、CCD相机相关参数、概念
成像方式 CCD大小 信噪比 信号制式 快门速度 图像像素 最低照度 同步系统
增益 局部扫描 读出模式 触发快门
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三、CCD相机相关参数、概念
成像方式
Progressive Scan 逐行扫描 Interlance Scan 隔行扫描
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三、CCD相机相关参数、概念
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二、CCD&CMOS相机
CCD与CMOS的光电转换示意图
光子
CCD sensor 电子
放大 A/D 电压 数字信号
CMOS 芯片可以在像素上同时完成这两个步骤 由上面两图可看出：CMOS和CCD最大的区别是 CMOS的
电荷到电压转换过程是在每个像素上完成的
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二、CCD&CMOS相机
快速-暴光和数据读出可同时进行 可采用软件控制的电子快门工作
动态范围小
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二、CCD&CMOS相机
CCD种类—传输方式
全帧（Full Frame） -感光元件产生电信号 -电荷转移到串行寄存器 -放大、数摸转换、数字信息
动态范围宽 信噪比高 分辨率高
成像速度慢 必须借助机械快门控制暴光量
红外、紫外
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CCD &CCD相机
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相机芯片
有不同大小的;CMOS相机
?
实物
图像
如何准确地描述一幅图像
图像采集和处理的过程，最基本的是要把实物尽 量真实地反映到虚拟的图像上
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二、CCD&CMOS相机
感光芯片的设计思想：就是分割被描述区域，用相应 的灰度填充。
CCD V.S. CMOS
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二、CCD&CMOS相机
CCD与CMOS比较
1. 由于上面所说的结构，CCD的电路更改就更方便。 而由于CMOS的过分集成，电路更改就不方便。但可靠性高。 CMOS功耗小。
2. CMOS躁声大。 3. CMOS灵敏度差。 4. CMOS速度快。由结构决定。 5. 成本CMOS便宜一些。
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二、CCD&CMOS相机
CCD种类—传输方式
全转（Full Fransfer） -综合Full Frame和Interline Transfer特点，在器件上划分感光 区和寄存区 -暴光和数据转移可以同时进行 保证单位像素上的感光面积 保证了拍摄速度
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二、CCD&CMOS相机
图像
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二、CCD&CMOS相机
CCD结构及工作原理
CCD结构 感光二极管（Photodiode） 并行信号寄存器（Shift Register） -用于暂时储存感光后产生的电荷 串行信号寄存器（Transfer Register） -用于暂时储存并行积存器的模拟信 号并将电荷转移放大 信号放大器-用于放大微弱电信号 数摸转换器-将放大的电信号转换 成数字信号
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二、CCD&CMOS相机
从以上的对比可以看出： CCD在图像的质量上更有优势。而常见的高 速摄像头则会采用CMOS芯片。
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二、CCD&CMOS相机
CCD芯片的工作方式要经历的过程： A 、 光电转换， B 、电荷储存， C 、电荷转移， D 、信号放大
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二、CCD&CMOS相机
CCD像素合并
像素合并（Binning） -将相临的像素所堆积的电荷进
行合并并当作一个单一的像素输 出信号 -提高灵敏度（2x2bin提高4倍 灵敏度） -降低分辨率（2x2bin降低一半 的分辨率）
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二、CCD&CMOS相机
CMOS
互补金属氧化物半导体（CMOS， Complementary Metal Oxide Semiconductor） -核心元件：感光二极管 （Photodiode） -同一像点当中包含放大器和数模 转换电路（一个感光二极管和三 颗晶体管） -开口率底（开口率：有效感光区 与整个感光元件面积比值） -灵敏度底、噪声明显 -数模转换无法保证严格一致
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二、CCD&CMOS相机 CCD结构及工作原理
CCD工作原理
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二、CCD&CMOS相机
CCD种类—传输方式
隔行传输式（Interline Transfer） -感光元件产生电信号 -电荷转移到并行寄存器 -电荷从并行寄存器转移到串行寄存器 -串行寄存器将电信号转到模拟寄存器 -放大、数摸转换、数字信息
工业相机介绍
-1-
工业相机分类
-2-
一、工业相机分类
按芯片类型 CCD相机
CMOS相机
按传感器结构特征 线阵相机
面阵相机
按扫描方式 隔行扫描
逐行扫描
按分辨率大小 按输出信号
普通分辨率
高分辨率
큰 항목의 제목 입력
模拟相机
数字相机
按输出色彩 黑白相机
彩色相机
按输出数据速度 普通速度相机
高速相机
按响应频率范围 可见光（普通）
CCD数字化
数字化（Digitization）-模拟信号转换成数字信号 • 计算机运用2进制运算法则来将CCD采集的电信号转换成数
字信号 • 12bit=4096；14bit=16384；16bit=65536 • 应用软件将运用一定的运算法则来决定最适合显示器灰度级
别的数据
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二、CCD&CMOS相机
Vertical ccd register
Vertical ccd register
成像方式
Xsub Shutter
隔行/逐行
Xsg1 Xsg2
Odd Even Photo diode (pixel)
Xsub Shutter
相机（光电转换器，完成信号转换）
C
C
A/D
D
种类：线&面、隔/逐、黑/彩、数/模、低/高、CCD/CMOS 指标：象元尺寸、分辨率、靶面大小、感应曲线、动态范围、灵敏度、
速度、噪声、填充因子、体积、质量、工作环境等
工作模式：Free run、Trigger（多种）、长时间曝光等
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