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        工業相機的選型

        時間:2012-08-05 10:48來源:www.sztcdj.cn 作者:石鑫華 點擊: 99999次
        工業相機的選型 工業相機有許多參數需要選擇,也有許多的種類型號可供選擇,因此選擇一款適合視覺項目的工

        工業相機的選型

        工業相機有許多參數需要選擇,也有許多的種類型號可供選擇,因此選擇一款適合視覺項目的工業相機,就成了項目的關鍵。

        相機的分辨率

        客戶提供其需要的測量精度(或公差)與視場大小,那么我們選擇需要的相機像素關系如下:
        相機分辨率(L/W)≥視場(L/W)/精度
            假如客戶的視場是100mm*75mm,測量精度要求0.05mm,那么相機的像素長為100/0.05=2000PIX,也就是需要2000*1500=3000000=300萬像素的相機。
        這僅僅只是相機的像素精度,并不代表整個系統的精度就有如此高,還有其它的精度也要考慮,如鏡頭的分辨率,系統的抖動,光源的波長(顏色),物體本身的運動等等。但是相機像素精度一定要高于系統所要求的精度,才能有實際的測量意義,亞像素的精度提升在實際測量中并沒有太多影響,不能從根本上解決精度不足的問題。
        一般來說,如果條件允許,我們會要求將相機的分辨率提升一個數量級或者是將相機的像素精度提高一個數量級。即如上面的例子中,客戶要求的測量精度要求為0.05mm,那么我們的相機精度至少有0.05mm/Pixel,能達到0.005mm/Pixel就很理想了。但是提高到0.005mm/Pixel,則長方向需要20000像素,寬方向需要15000像素,這樣相機的像素需要30000萬像素,這樣的面陣相機分辨率,目前基本上是不可能達到的。這時,我們可以考慮使用如16K的線陣相機等,或者是將視野縮小變成50*37.5mm,將原來的100*75mm的視野分成四個區域進行拍攝,可以用一個相機運動四次或四個相機分別拍攝的方法實現。

        相機的幀率

        相機的幀率可以決定設備的測試測量效率,如一款相機的幀率是30FPS,則其每秒鐘最多拍攝30次,也就是每秒鐘最多只能檢查30個產品。而如果相機的速度是120FPS,如果算法夠快,那么每秒鐘實現120個產品的檢查也是可以的(當然,這么快檢查速度,確實比較少見,這里只是打個比方)。
        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。

        相機輸出接口

                 同等像素條件下,各種接口的總線其相機幀率是不一樣的,可以參考石鑫華視覺網的文章“工業相機總線接口比較” 。一般來說Camera Link>USB3>GIGE>1394B>USB2,1394A,F在最快的是Camera Link總線,目前像AVT已經有400萬像素達到400FPS的采集速度的高速高分辨率相機。而USB3的理論速度達到了5Gbps即640MB,實際表現來看,應該有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。不過到底有沒有這樣的速度未確定。目前還沒有體驗過USB3的相機。
        而對于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。
         

        相機的曝光時間

        相機的最小曝光時間,可以決定目標的運動速度;蛘叻催^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,那么我們必須考慮,物體的運動引起的拖影必須要小于我們的精度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必須小于10ms,如果大于這個曝光時間,那么僅僅物體運動引起的模糊就會大于0.01,這時我們的精度已經無法達到0.01了。
        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。這樣上面的例子中,我們就需要將曝光時間降低到1ms或以下。
        當然,這個只是一個例子,一般我們的工業相機最快曝光時間可以達到幾十~一百多微秒的樣子。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。

        相機的顏色

                 通常機器視覺項目中我們選擇黑白相機,只有需要測量彩色圖像時才會考慮彩色相機,這是因為在機器視覺中黑白圖像的算法本身要多許多,黑白相機使用單色光源成像質量上也要比彩色相機使用復合白光的質量要好。

        傳感器類型

                 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(卷簾曝光的CMOS無法應對運動的目標,而如果是全局曝光的CMOS,同樣也可以適應運動物體的拍攝)。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的采集速度會優于CMOS。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于CMOS的。

        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。
        圖像傳感器尺寸對照表

        相機鏡頭接口

                 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。

        視覺平臺

               通常選擇PC-BASED平臺,即以PC為平臺的視覺系統,但是如果有必要,我們也可以考慮使用整體成本較低的CHECK,又或者高度集成的智能相機,如NI的智能相機、OMRON的智通相機平臺等。
        (責任編輯:石鑫華)
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