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在工業(yè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中,相機(jī)該如何選擇？[看完你就知道了]

在工業(yè)機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域，用于圖像處理系統(tǒng)的相機(jī)可分為工業(yè)相機(jī)或網(wǎng)絡(luò)/IP(網(wǎng)絡(luò)協(xié)議)相機(jī)兩類(lèi)。網(wǎng)絡(luò)相機(jī)主要用于錄制視頻，廣泛使用于安防監(jiān)控應(yīng)用之中，同時(shí)也可與工業(yè)相機(jī)結(jié)合使用。

網(wǎng)絡(luò)相機(jī)的典型特性

1、通常會(huì)有堅(jiān)固的外殼保護(hù)，外殼具有抗振功能，能適應(yīng)任何天氣變化，這使相機(jī)適用于室內(nèi)和室外環(huán)境

2、各種不同功能(例如晝/夜模式)以及特殊的紅外濾光片使相機(jī)能夠提供卓越的成像質(zhì)量，即使環(huán)境光源或天氣情況極差的情況下亦可使用。

3、可壓縮所記錄的圖像，這樣可以減少數(shù)據(jù)量，也能使所有數(shù)據(jù)均可存儲(chǔ)在相機(jī)內(nèi)。通過(guò)連接到網(wǎng)絡(luò)，理論上可讓無(wú)限數(shù)量的用戶(hù)訪問(wèn)該相機(jī)

工業(yè)相機(jī)的特點(diǎn)

1、會(huì)以未經(jīng)壓縮的原始數(shù)據(jù)形式將圖像直接傳輸至計(jì)算機(jī)，然后計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)處理相對(duì)大量的數(shù)據(jù)。該方法的優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)丟失任何圖像信息。

2、工業(yè)相機(jī)包含兩種形式:面陣相機(jī)和線陣相機(jī)，它們拍攝圖像的方式不同，具體與視覺(jué)應(yīng)用的類(lèi)型相關(guān)。

面陣和線陣相機(jī)的區(qū)別

1、面陣面陣相機(jī)裝備了長(zhǎng)方形芯片，配有多個(gè)可同時(shí)被曝光的像素行。因此圖像數(shù)據(jù)可在單一步驟中被捕捉和記錄并同步處理。

面陣相機(jī)通常在各種不同工業(yè)領(lǐng)域、醫(yī)療和生命科學(xué)領(lǐng)域、交通運(yùn)輸領(lǐng)域或安全與監(jiān)視領(lǐng)域中使用，通常作為對(duì)網(wǎng)絡(luò)相機(jī)的補(bǔ)充。

2、線陣 線陣相機(jī)使用一種備有1行、2 行或3 行像素的芯片。圖像數(shù)據(jù)將按行拍攝，而獨(dú)立的像素行將在處理階段中重新組成完整的圖像。是選擇面陣相機(jī)，還是線陣相機(jī)，取決于用戶(hù)的應(yīng)用以及應(yīng)用的要求。

檢測(cè)在傳送帶上以極快速度傳送的產(chǎn)品時(shí)會(huì)廣泛用到線陣相機(jī)。典型的工業(yè)應(yīng)用包括印刷、分揀和包裝、食品飲料以及各種表面檢驗(yàn)。

選擇黑白相機(jī)還是彩色相機(jī)

相機(jī)的顏色選擇主要取決于應(yīng)用目的。需要什么樣的圖像?為了評(píng)估結(jié)果，需要彩色圖像嗎?還是黑白圖像即可滿(mǎn)足要求?如果可以，黑白相機(jī)通常更適合，因?yàn)樗鼈兏`敏，所呈現(xiàn)出的圖像細(xì)節(jié)更加豐富。比如智能交通系統(tǒng)方面的應(yīng)用，經(jīng)常會(huì)將黑白相機(jī)與彩色相機(jī)相結(jié)合使用，以符合特定國(guó)家/地區(qū)對(duì)于保存證據(jù)圖像的法律要求。

芯片類(lèi)型、快門(mén)技術(shù)、幀速率

這一步需要挑選適合的芯片(即采用 CMOS 或 CCD 芯片技術(shù))以及選擇快門(mén)技術(shù)的類(lèi)型(即全局快門(mén)或滾動(dòng)快門(mén))。之后要考慮的問(wèn)題則的是幀速率，這個(gè)指標(biāo)是相機(jī)為了能夠順暢處理任務(wù)每秒必須提供的圖像數(shù)量

1、挑選芯片類(lèi)型的問(wèn)題主要是用 CCD 芯片還是 CMOS 芯片的問(wèn)題，關(guān)于兩者區(qū)別在前面已做詳細(xì)講解。

1、快門(mén)的選擇必須與應(yīng)用匹配?？扉T(mén)能夠保護(hù)相機(jī)內(nèi)部的芯片不受入射光線的影響，且只有在曝光時(shí)才會(huì)打開(kāi)。所選的曝光時(shí)間將會(huì)確保像素接收適當(dāng)數(shù)量的光子，并決定快門(mén)維持打開(kāi)狀態(tài)的時(shí)間。全局快門(mén)和滾動(dòng)快門(mén)的區(qū)別在于吸收光線的方式。

全局快門(mén)會(huì)全部打開(kāi)并讓光線一次性地接觸整個(gè)芯片表面。依幀速率而定，移動(dòng)中的目標(biāo)會(huì)快速地被連續(xù)拍攝到。全局快門(mén)是需要拍攝快速移動(dòng)目標(biāo)的應(yīng)用的首選，例如交通與運(yùn)輸領(lǐng)域，物流領(lǐng)域以及印刷材料的檢測(cè)。

滾動(dòng)快門(mén)則是逐行來(lái)曝光圖像。根據(jù)所選的曝光時(shí)間不同，當(dāng)目標(biāo)在曝光過(guò)程中移動(dòng)時(shí)，可能會(huì)發(fā)生失真，也就是所謂的滾動(dòng)快門(mén)效應(yīng)。但是，并非涉及移動(dòng)目標(biāo)的應(yīng)用就完全無(wú)法使用滾動(dòng)快門(mén)，在多數(shù)情況下，該效應(yīng)可通過(guò)正確配置曝光時(shí)間以及使用外置閃光燈來(lái)規(guī)避。

對(duì)于面陣相機(jī)，幀速率與“每秒多少幀圖像”或“fps”含義相同;而對(duì)于線陣相機(jī)，幀速率則與“行頻”或“行頻率”含義相同。幀速率描述芯片可在每秒鐘拍攝與傳輸?shù)膱D像數(shù)量。頓速率越高，芯片速度越快:芯片速度越快，它每秒拍攝到的圖像就越多:圖像越多，數(shù)據(jù)量就越大。

分辨率

分辨率是指芯片每行和每列上像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)，計(jì)算分辨率可以參考以下公式:分辨率=視野/像素精度，視野是指相機(jī)要拍照范圍的大小，視野要比拍照范圍大一些，但是也不能大太多，并且要注意視野寬高一般是有比例關(guān)系的。像素精度是指一個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的實(shí)際物理尺寸，在不是特別精密的應(yīng)用場(chǎng)合中，可以把像素精度作為系統(tǒng)的精度。

圖像接口

接口是相機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的連接點(diǎn)，將來(lái)自相機(jī)芯片的圖像數(shù)據(jù)從硬件(相機(jī)芯片)傳輸?shù)杰浖?處理圖像的組件)。

案例:現(xiàn)在有這樣的檢測(cè)需求，已知檢測(cè)對(duì)象的大小是115mmx85mm，該產(chǎn)品放置在運(yùn)動(dòng)中的生產(chǎn)線上做在線檢測(cè)，檢測(cè)節(jié)拍要求每分鐘能檢測(cè) 120 個(gè)產(chǎn)品，檢測(cè)精度要求0.Imm，檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)(即相機(jī)安裝位置)，距離控制器 12m，該項(xiàng)目無(wú)顏色檢測(cè)需求，請(qǐng)針對(duì)本需求做出相機(jī)選型

第一步:確定視野大小。視野要比檢測(cè)對(duì)象略大一些，并且視野一般要符合4:3比例，這里選擇 120mmx90mm。

第二步:按題目要求所需檢測(cè)精度為0.1mm，根據(jù)前面所說(shuō)的公式計(jì)算，分辨率=視野/像素精度=120x90/0.1=1200x900，那么最符合需求的是 1280x1024(像素)分辨率。

第三步:由于項(xiàng)目需求為運(yùn)動(dòng)中在線檢測(cè)，需要選用全局曝光的相機(jī)。

第四步:根據(jù)檢測(cè)速度要求，120個(gè)/min，即2個(gè)/s，所以至少是2幀以上的幀速率才能滿(mǎn)足使用要求。

第五步:沒(méi)有顏色檢測(cè)要求，黑白相機(jī)就能滿(mǎn)足使用。

第六步:通信距離 12m，考慮幾種接口的通信距離長(zhǎng)短，這里需要使用千兆網(wǎng)的相機(jī)才能實(shí)現(xiàn)該通信距離。

綜上，用戶(hù)只要在相機(jī)廠商官網(wǎng)或手冊(cè)上找到 1280x1024 像素，即 130 萬(wàn)像素的相機(jī)，曝光方式為全局曝光，拍照速度 2幀以上，網(wǎng)口黑白相機(jī)即可。