工业相机的应用及基础知识

2016-07-21技术资料

随着科技的飞速发展,工业数字相机在机器视觉、工业检测、图像处理、模式识别、人脸识别等等方面有着非常广泛的应用,但是工业相机的相关知识学习渠道相当匮乏,经过多年的技术积累,景通先将工业数字相机的相关基础知识做一分类整理与大家共享。

工业相机 的图像结果

1、 工业相机的主要参数。

①分辨率 ② 速度(帧频/行频) ③噪声 ④信噪比 ⑤动态范围 ⑥像元深度

⑦光谱响应 ⑧光学接口

2、工业相机分辨率的定义。

分辨率是相机最基本的参数,由相机所采用的芯片分辨率决定,是芯片靶面排列的像元数量。通常面阵相机的分辨率用水平和垂直分辨率两个数字表示,如:1920(H)x 1080(V),前面的数字表示每行的像元数量,即共有1920个像元,后面的数字表示像元的行数,即1080行。现在相机的分辨率通常表示多少K,如1K(1024),2K(2048), 3K(4096)等。在采集图像时,相机的分辨率对图像质量有很大的影响。在对同样大的视场(景物范围)成像时,分辨率越高,对细节的展示越明显。

3、工业相机的帧频和行频的概念

相机的帧频/行频表示相机采集图像的频率,通常面阵相机用帧频表示,单位fps(Frame Per second),如30fps,表示相机再1秒钟内最多能采集30帧图像;例如:MV-VD078SC这个型号的相机,线阵相机通常用行频便是单位KHz,如12KHz表示相机再1秒钟内最多能采集12000行图像数据。速度是相机的重要参数,在实际应用中很多时候需要对运动物体成像。相机的速度需要满足一定要求,才能清晰准确的对物体成像。相机的帧频和行频首先受到芯片的帧频和行频的影响,芯片的设计最高速度则主要是由芯片所能承受的最高时钟决定。

4、工业相机噪声的概念

工业相机的噪声是指成像过程中不希望被采集到的,实际成像目标外的信号。根据欧洲相机测试标准EMVA1288中,定义的相机中的噪声从总体上可分为两类:一类是由有效信号带来的符合泊松分布的统计涨落噪声,也叫散粒噪声(shot noise),这种噪声对任何相机都是相同的,不可避免,尤其确定的计算公式。(就是:噪声的平方=信号的均值)。第二类是相机自身固有的与信号无关的噪声,它是由图像传感器读出电路、相机信号处理与放大电路等带来的噪声,每台相机的固有噪声都不一样。另外,对数字相机来说,对视频信号进行模拟转换时会产生量化噪声,量化位数越高,噪声越低。

5、工业相机信噪比的概念

相机的信噪比定义为图像中信号与噪声的比值(有效信号平均灰度值与噪声均方根的比值),代表了图像的质量,图像信噪比越高,图像质量越好。

6、工业相机的动态范围。

相机的动态范围表明相机探测光信号的范围,动态范围可用两种方法来界定,一种是光学动态范围,指饱和时最大光强与等价于噪声输出的光强的比值,由芯片的特性决定。另一种是电子动态范围,他指饱和电压和噪声电压之间的比值。对于固定相机其动态范围是一个定值,不随外界条件变化而变化。在线性响应去,相机的动态范围定义为饱和曝光量与噪声等效曝光量的比值:

动态范围=光敏元的满阱容量/等效噪声信号

动态范围可用倍数、dB或Bit等方式来表示。动态范围大,则相机对不同的光照强度有更强的适应能力。

7、工业相机里的像元深度。

数字相机输出的数字信号,即像元灰度值,具有特殊的比特位数,称为像元深度。对于黑白相机这个值的方位通常是8-16bit。像元深度定义了灰度由暗道亮的灰阶数。例如,对于8bit的相机0代表全暗而255代表全亮。介于0和25之间的数字代表一定的亮度指标。10bit数据就有1024个灰阶而12bit有4096个灰阶。每一个应用我们都要仔细考虑是否需要非常细腻的灰度等级。从8bit上升到10bit或者12bit的确可以增强测量的精度,但是也同时降低了系统的速度,并且提高了系统集成的难度(线缆增加,尺寸变大),因此我们也要慎重选择。

8、工业相机的硬件接口?

硬件接口是指相机与镜头之间的借口,常用的镜头的借口有C口,CS口,F口。

9、 工业相机的分类。

答:①按照芯片结构分类:CCD相机 & CMOS相机 如:MV-VD078SC &MV-1300UC

②按照传感器结构分: 面阵相机 & 线阵相机 如:MV-VD200SC&P2-2X-01K40

③按照输出模式分类:模拟相机 & 数字相机 如:VS-808H&MV-VS142FC

④彩色相机&黑白相机 如:VS-808HC&MV-VS142FM

10、工业相机与普通数码相机的区别。

答:①工业相机的快门时间特别短,能清晰地抓拍快速运动的物体,而普通相机抓拍快速运动的物体非常模糊

②工业相机的图像传感器是逐行扫描的,而普通相机的图像传感器是隔行扫描的,甚至是隔三行扫描

③工业相机的拍摄速度远远高于普通的相机;工业相机每秒可以拍摄十幅到几百幅的图片,而普通相机只能拍摄2-3幅图像。

④工业相机输出的是裸数据,它的光谱范围也往往比较宽,比较适合进行高质量的图像处理算法,普遍应用于机器视觉系统中。而普通相机拍摄的图片,它的光谱范围只适合人眼视觉,并且经过了MPEG压缩,图像质量也较差

11、如何选择线阵相机?

①计算分辨率;幅宽除以最小检测精度得出每行需要的像素。

②检测精度;幅宽除以像素得出实际检测精度。

③扫描行数;每秒运动速度长度除以精度得出每秒扫描行数。

根据以上计算结果选择线阵相机

举例如下:如幅宽为1600毫米、精度1毫米、运动速度22000mm/s 相机:1600/1=1600像素 最少2000像素,选定为2k相机 1600/2048=0.8实际精度 22000mm/0.8mm=27.5KHz 应选定相机为2048像素28kHz相机