工业相机优点 - 机器视觉光源选取经验以及镜头对比分析

工业相机又俗称摄像机，相比于传统的民用相机（摄像机）而言，它具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等，目前市面上工业相机大多是基于CCD或CMOS芯片的相机。CCD是目前机器视觉最为常用的图像传感器。它集光电转换及电荷存贮、电荷转移、信号读取于一体，是典型的固体成像器件。CCD的突出特点是以电荷作为信号，而不同于其它器件是以电流或者电压为信号。这类成像器件通过光电转换形成电荷包，而后在驱动脉冲的作用下转移、放大输出图像信号。典型的CCD相机由光学镜头、时序及同步信号发生器、垂直驱动器、模拟/数字信号处理电路组成。CCD作为一种功能器件，与真空管相比，具有无灼伤、无滞后、低电压工作、低功耗等优点。CMOS图像传感器的开发最早出现在20世纪70 年代初，90 年代初期，随着超大规模集成电路 (VLSI) 制造工艺技术的发展，CMOS图像传感器得到迅速发展。CMOS图像传感器将光敏元阵列、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换电路、图像信号处理器及控制器集成在一块芯片上，还具有局部像素的编程随机访问的优点。目前，CMOS图像传感器以其良好的集成性、低功耗、高速传输和宽动态范围等特点在高分辨率和高速场合得到了广泛的应用。

由于光电二极管不能检测精确的颜色，颜色信息通过与滤色镜或棱镜结合被再现。颜色信息能通过使用红色(R)，绿色(G)，蓝色(B)基色滤色镜的基色模式或者通过使用蓝绿色(C)，紫红色(M)，黄色(Y)，绿色(G)的四色滤色镜经过计算创建图像的补色滤色镜模式获得。

总之，基色模式创建的图像比较暗，但是由于它更高的色彩饱和度表现出更精确的颜色。这个特点即高度的色彩再现能力。

工业相机与民用相机的区别在于：

1、工业相机的快门时间非常短，可以抓拍快速运动的物体： 举个例子，把一张名片贴在电风扇扇叶上，以最大速度旋转，用工业相机抓拍一张图像，能清晰的辨别名片上的字体。然而用一般的相机来拍摄，是根本不可能达到这样效果的。

2、工业相机的图像传感器是逐行扫描的，而一般摄像机的图像传感器是隔行扫描的，甚至是隔三行扫描的：逐行扫描的图像传感器生产比较困难，成品率低，出货量也少，世界上只有少数几个公司能够提供这类产品，例如Dalsa、Sony，而且价格昂贵。百万级逐行扫描CCD的价格，从人民币4000元到3万元不等，其中的技术参数也颇为繁多。只有采用逐行扫描的图像传感器，才有可能清晰抓拍快速运功物体。

3、工业相机的拍摄速度远远高于一般相机：工业相机每秒可以拍摄十幅到几百幅的图片，而一般相机只能拍摄2-3幅图像，相差甚远。

4、工业相机输出的是裸数据，其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。而一般相机（DSC）拍摄的图片，其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。

机器视觉工作原理

机器视觉检测系统采用CCD照相机将被检测的目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的机器视觉特征，如面积、数量、位置、长度，再根据预设的允许度和其他条件输出结果，包括尺寸、角度、个数、合格 / 不合格、有 / 无等，实现自动识别功能。

机器视觉特点:

1、机器视觉是一项综合技术，其中包括数字图像处理技术，机械工程技术，控制技术，电光源 照明技术，光学成像技术，传感器技术，模拟与数字视频技术，计算机硬件技术，人机接口技术 等这些技术在机器视觉中式并列关系，相互协调 应用才能构成一个成功的工业机器视觉应用系统。

2、机器视觉更强调实用性，要求能够适应工业生产中恶劣的环境，要有合理的性价比，要有通用的工业接口，能够由普通工作来操作，有较高的容错能力和安全性，不会破坏工业产品，必须有较强的通用性和可移植性。

3、对机器视觉工程师来说，不仅要具有研究数学理论和编制计算机软件的能力，更需要的是光、机、电一体化的综合能力。

4、机器视觉更强调实时性，要求高速度和高精度，因而计算机视觉和数字图像处理中的许多技术目前还难以应用于机器视觉，他们的发展速度远远超过其在工业生产中的实际应用速度。

在设计工业机器视觉系统时，使用数字相机还是模拟相机是最重要的决定之一。二者各有其优缺点，但归根结底要根据成本和一些关键操作因素来选择，如时了这些因素，哪一项技术更有优势就会明朗化了。对于一项应用，选择什么样的相机合适，取决于机器视觉系统想要达到什么目的，为机器视觉系统选择相机时要认真考虑相机的性能和成本，虽然模拟相机远比数字相机便宜，但它们的分辨率和图像质量较低，所以可能会被局限在要求不太高的应用中，数字相机比模拟相机昂贵，但它们的高成本可能值得为要求高速度、高准确度、高精度的应用而付出。

机器视觉被应用于视觉检测、物体识别、自动质量检验、工艺控制、参数测量和自动组装等等许多领域。在这些系统中，相机是决定着成本、速度和精度的关键组件，模拟相机和数字相机都可以用在这些系统中，而了解相机的性能规格及其在各种视觉任务中的重要性，对于把机器视觉存诸工业控制是最基本的一步。

机器视觉系统包括三个主要部分：相机、采集卡、和存储并分析图像以提取信息的计算机（或图像处理器）。图像处理器和采集卡属于相对容易选择的电子装置，它们的主要参数是存储能力和处理速度。

相机是这些系统中情况最为复杂的部分，现代的模拟和数字相机采用电荷耦合器件（CCD）或互补金属氧化物半导体（CMOS）芯片来捕猎图像并生成电子信号发送给计算机进行处理。

CCD和CMOS芯片在内部都生成模拟信息，因此，模拟相机和数字相机之前主要区别在于图像是在哪里被数字化的。数字相机在相机里将信号数字化，并且通过串行总线接口（比如（fireWire,USB,Camera Link,Gigabit Ethernet）将信号以数字方式传输给计算机（或图像处理器）。面在另一方面，模拟相机系统并不是在其内部将图像信号数字化（数字化是邮计算机完成的），所以，模拟信息是通过同轴电缆而进行传输的。

尽管两种方法都能够有效地传输信号，但模拟可能会由于工厂内其他设备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。

数字信号不受电器声影响，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。数字相机的典型动态范围在55分贝到60分贝左右，而模拟相机为45分贝到50分贝左右。

所以电缆的长度和类型也影响信号的精度，模拟相机的电缆简单而且便宜，在电噪声导致信号严重失真之前能够将信号可靠地300米以上，由于数字相机传输的是高带宽信号，电缆的长度受电缆中信号良师衰减损失的水平的限制，根据使用的通信协议的不同。