工業相機選型


聲明:本博文絕非本人原創,也絕不用於商業用途,只是對信息進行了收集整理。對博文中的圖片、文字等信息等進行了來源標注。侵權請聯系刪除。 在閱讀本文之前請先依順序閱讀先前博文: 攝影基礎知識入門 工業相機基礎知識

參數解釋

http://www.csray.com/NewsDetail/900986.html

  1. 分辨率(這里說的是相機傳感器成像大小):例如1024pixel x 1024pixel

  2. 幀率(面陣相機):每秒能拍攝的圖像張數

  3. 行頻(線陣相機):每秒采集的圖像行數,實際上也是每秒拍攝的張數

  4. 像元尺寸:傳感器上一個物理像元的尺寸,例如:7.4um x 7.4um 。 一般像元尺寸越小,制造難度越大,圖像質量也越不容易提高。

  5. 傳感器尺寸:像元尺寸乘以分辨率就是傳感器尺寸

  6. 焦距:指平行光入射時從透鏡光心到光聚集之焦點的距離

  7. 物距:物體到透鏡光心的距離

  8. 光學放大倍率:一般的情況下是固定值,一般就是0.35倍-2.25倍或者是0.75倍-4.5倍

  9. 工作距離:也就是物距

  10. 曝光時間:為了將光投射到照相感光材料的感光面上,快門所要打開的時間

  11. 視場角:邊緣的入射光線在鏡頭中心組成的角度

  12. 靶面尺寸:傳感器成像的大小

  13. 精度:傳感器一個像素所代表的實際物體的尺寸是多少

  14. 景深:在攝影機鏡頭或其他成像器前沿能夠取得清晰圖像的成像所測定的被攝物體前后距離范圍

  15. 工業相機噪聲 噪聲是指成像過程中不希望被采集到的,實際成像目標之外的信號。總體上分為兩類,一類是由有效信號帶來的散粒噪聲,這種噪聲對任何相機都存在;另一類是相機本身固有的與信號無光的噪聲。它是由於圖像傳感器讀出電路、相機信號處理與放大電路帶來的固有噪聲,每台相機的固有噪聲都不一樣。

  16. 信噪比 相機的信噪比定義為圖像中信號與噪聲的比值(有效信號平均灰度值與噪聲均方根的比值),代表了圖像的質量,圖像信噪比越高,相機性能和圖像質量越好。

參數選擇

  1. 通常選擇PC-BASED平台,即以PC為平台的視覺系統 工業相機類型 對於靜止檢測或者一般低速的檢測,優先考慮面陣相機,對於大幅面高速運動或者滾軸等運動的特殊應用考慮使用線陣相機。根據檢測的速度,選擇相機的幀率一定要大於物體運動的速度,一定要在相機的曝光和傳輸時間內完成。

  2. 分辨率 X方向系統精度(X方向像素值)=視野范圍(X方向)/CCD芯片像素數量( X方向) Y方向系統精度(Y方向像素值)=視野范圍(Y方向)/CCD 芯片像素數量( Y方向) 例如:視野大小為88mm的場合,要求精度為0.01mm/pixel,則當方向上分辨率=8/0.01=800.考慮系統的穩定性要求,一般不會只用一個像素單位對應一個測量精度值,一般選擇倍數為2或者更高,這樣相機單方向分辨率為1600,相機的分辨率=16001600=256萬,所以選用300萬像素的相機即可滿足。

  3. 最大幀率/行頻 相機采集和傳輸圖像的速度,對於面陣相機一般為每秒采集的幀數(Frames/Sec),對於線陣相機為每秒采集的行數(HZ)。 系統單次運行速度=系統成像(包括傳輸)速度+系統檢測速度 。 通常來說,相機的分辨率越低,同樣的接口,幀率也會越高,而分辨率越高,幀率也會越低。幀率*分辨率≤總線帶寬,即在接口一定(總線帶寬已經確定),分辨率一定時,幀率也是有其最大值的。即要想相機的分辨率快,又要想相機的幀率高,那么就需要找更大帶寬的總線,也就是相機的輸出接口。

  4. 傳輸接口 同等像素條件下,各種接口的總線其相機幀率是不一樣的,一般來說Camera Link>USB3>GIGE>1394B>USB2,1394A。現在最快的是Camera Link總線,USB3的理論速度達到了5Gbps即640MB,實際表現來看,應該有百分之80的有效帶寬,即有512M左右的總帶寬可供實際傳輸,這樣如果一個500萬像素的相機,每幅圖像5M,那么也可能達到100幀每秒,速度也非快了。而對於GIGE千兆網相機,500萬像素的相機,較快的可以做到23FPS。1394B的500萬像素相機可以做到13FPS,USB2,1394A一般為5~6幀的樣子。

  5. 光譜響應特性 是指該像元傳感器對不同光波的敏感特性,一般響應范圍為350nm~1000nm,一些相機在靶面前面加了一個濾鏡,濾除紅外線,如果系統需要對紅外感光時可去掉該濾鏡

  6. 黑白/彩色 如果我們要處理的是與圖像顏色有關,那當然是采用彩色相機,否則建議你用黑白的,因為黑白的同樣分辨率的相機,精度比彩色高,尤其是在看圖像邊緣的時候,黑白的效果更好。做圖像處理,黑白工業相機得到的是灰度信息,可直接處理。

  7. 曝光時間 相機的最小曝光時間,可以決定目標的運動速度。或者反過來說,目標的運動速度,對相機的最小曝光時間提出了要求。假設我們的目標運動速度是1mm/S,我們的測量精度是0.01mm/pixel,那么我們考慮,物體的運動引起的拖影需要小於我們的精度0.01mm,目標移動0.01mm,需要用時10ms,這就要求我們的相機的曝光時間需要小於10ms,如果大於這個曝光時間,那么僅僅物體運動引起的模糊就會大於0.01,這時我們的精度已經無法達到0.01了。 工業相機類型 對於靜止檢測或者一般低速的檢測,優先考慮面陣相機,對於大幅面高速運動或者滾軸等運動的特殊應用考慮使用線陣相機。根據檢測的速度,選擇相機的幀率一定要大於物體運動的速度,一定要在相機的曝光和傳輸時間內完成。 通常來說,物體運動引起的模糊應該比我們要求的測量精度小一個數量級,這樣可以減少其對系統的影響,一般我們的工業相機最快曝光時間可以達到幾十至一百多微秒的樣子。如此短的曝光時間,對光能量要求比較大,因此需要選擇合適的光源與光源控制器。

  8. 快門 確認需要拍攝的物體是否為運動物體。如果拍攝物體為運動物體應選擇全局快門(Global shutter)的工業相機,且需要選擇幀率大於運動速度的工業相機。

  9. CCD/CMOS 如果拍攝目標是靜態不動的,為了節約成本,可考慮使用CMOS相機,而如果目標是運動的,則優先考慮CCD相機。如果是需要高速采集的,這里指的高速是很高的采集速度,而非指很高的運動速度,可以考慮CMOS相機,因為CMOS的采集速度會優於CCD。如果需要高質量的圖像,如進行尺寸測量,可以考慮CCD,在小尺寸的傳感器里,CCD的成像質量還是要優於CMOS的。

  10. 傳感器尺寸 通常傳感器的尺寸與所選擇的像素是對應的,如30W通常是1/3’的,130W~500W是1/2’的,有些500W也有2/3’的。有些30W的也有1/4’的。如果是同等價位,那么我們優先選擇傳感器尺寸大的。 傳感器尺寸大,在同樣的像素密度下,像元尺寸也會大,這樣會增加每個像元的感光面積,對提高圖像的質量有益。傳感器的尺寸,還能決定視野大小與工作距離。在同樣的工作距離、同樣的鏡頭下,傳感器尺寸大,可以拍攝更大的視野。

  11. 工業相機的觸發方式 軟件觸發模式:對動態檢測以及產品通過連續運動觸發信號的時候可以選擇。 硬件觸發模式:對高速動態檢測以及產品通過高速運動觸發信號的時候選擇。 連續采集模式:對靜態檢測以及產品連續運動不能夠觸發信號的時候選擇。

  12. 鏡頭接口 一般的相機都是C/CS接口的,需要注意與鏡頭的對應。如果有其它接口的鏡頭,也要考慮相機的接口。不過目前工業用的CCTV基本上以C接口多,即使是CS接口的工業相機,也可以加5mm接圈,變成C接口,以適應不同的C接口的工業鏡頭。 選擇的鏡頭的支持CCD尺寸要大於等於相機CCD傳感器芯片的尺寸 。 同時考慮鏡頭的工作距離,是否留有足夠空間等。

  13. 機器視覺平台 通常選擇PC-BASED平台,即以PC為平台的視覺系統

選型方法

面陣相機和鏡頭選型

已知:相機視野為AxB,要求精度是要檢測的物體大小設為CxD。 相機最低分辨率=(A/D) * (B/D)(其中C>D) 選擇相機時,最小缺陷面積在3~5個像素以上,因此相機的最低分辨率應大於3×(A/D) * (B/D)。

假設檢測一個物體的表面划痕,要求拍攝的物體大小為10*8mm,要求的檢測精度是0.01mm。首先假設我們要拍攝的視野范圍在12*10mm(也即是視場范圍),那么相機的最低分辨率應該選擇在:(12/0.01)*(10/0.01)=1200*1000,約為120萬像素的相機,也就是說一個像素對應一個檢測的缺陷的話,那么最低分辨率必須不少於120萬像素,但市面上常見的是130萬像素的相機,因此一般而言是選用130萬像素的相機。但實際問題是,如果一個像素對應一個缺陷的話,那么這樣的系統一定會極不穩定,因為隨便的一個干擾像素點都可能被誤認為缺陷,所以我們為了提高系統的精准度和穩定性,最好取缺陷的面積在3到4個像素以上,這樣我們選擇的相機也就在130萬乘3以上,即最低不能少於300萬像素,通常采用300萬像素的工業相機為最佳,當然工業鏡頭可選300萬像素,500萬像素等 。

 

鏡頭選型步驟 :

1. 計算短邊對應的像素數E=B/C,相機長邊和短邊的像素數都要大於E

2. 像元尺寸=產品短邊尺寸B/所選相機的短邊像素數;

3. 放大倍率=所選相機芯片短片尺寸/相機短邊的視野范圍

4. 可分辨的產品精度=像元尺寸/放大倍率(判斷是否小於C)

5. 物鏡焦距=工作距離/(1+1/放大倍率)(單位:mm)

6. 像面分辨率要大於1/(2×0。1×放大倍率)(單位:lp/mm) 以上僅針對鏡頭的主要參數進行計算選擇,其他如畸變、景深、環境等,可梖據實際要求進行選擇。

根據速度、曝光時間,計算產品是否有拖影

已知:確定每一次檢測的范圍為80mm×60mm,200萬像素CCD相機(1600×1200),相機或產品運動速度為12m/min=200mm/s。

曝光時間計算步驟: 曝光時間<長邊視野范圍/(長邊像素值*產品運動速度) =80mm/(1600×200mm/s) =1/4000s=0.00025s 故曝光時間要小於0.00025s,圖像才不會拖影。

參考資料

術語表

工業相機選型必須知道的11個問題_維視智造(超級專業)

機器視覺系統的工業相機選型(專業)

工業相機選型方法(實用)

工業相機

工業相機選型必看的六大參數

工業相機基本參數以及選型參考(二)

 

 


免責聲明!

本站轉載的文章為個人學習借鑒使用,本站對版權不負任何法律責任。如果侵犯了您的隱私權益,請聯系本站郵箱yoyou2525@163.com刪除。



 
粵ICP備18138465號   © 2018-2025 CODEPRJ.COM