工業相機選型

一、工業相機選型

1、黑白/彩色

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。特別是做圖像處理,黑白工業相機得到的是灰度信息,可直接處理。

要想得到與現實吻合度高的色彩,需要後期處理,比如監控相機。

2、面陣相機/線陣相機

如果對於檢測精度要求很高,運動速度很快,面陣相機的分辨率和幀率達不到要求的情況下,當然線陣相機是必然的選擇。

3、分辨率計算

根據目標的要求精度及視野範圍,反推出相機的像素精度。相機單方向分辨率=單方向視野範圍÷理論精度。

例如對於視野大小爲10*10mm的場合,要求精度爲0.02mm/pixel,則當方向上分辨率=10/0.02=500.然而考慮到相機邊緣視野的畸變以及系統的穩定性要求,一般不會只用一個像素單位對應一個測量精度值,一般選擇倍數爲2或者更高,這樣相機單方向分辨率爲1000,相機的分辨率=1000*1000=100萬,所以選用100萬像素的相機即可滿足。

同時需要考慮算力,分辨率太大,幀率太高,cpu撐不住。

4、像素深度

每位像素數據的位數,常見的是8bit,10bit,12bit。分辨率和像素深度共同決定了圖像的大小。例如對於像素深度爲8bit的500萬像素,則整張圖片應該有500萬*8/1024/1024=37M(1024Byte=1KB,1024KB=1M)。增加像素深度可以增強測量的精度,但同時也降低了系統的速度,並且提高了系統集成的難度(線纜增加,尺寸變大等)。

5、高速運動抓拍要求 

經常會有項目需要抓拍高速運動物體,而普通工業相機拍攝的圖像會出現拉毛、模糊、變形等影響圖像質量的問題,在拍攝圖像時,圖像模糊現象的出現取決於曝光時間的長短與物體的運動速度。如果曝光時間過長,物體運動速度過快則會出現圖像模糊。

拍攝物體爲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。

(1)曝光時間

要滿足物體運動速度Vp*曝光時間Ts<允許最長拖影S。運動速度比較快的物體拍照,爲了防止長的拖影就需要極短的曝光時間,選用感光比較好的工業相機,可以實現。

(2)幀率指標

幀率即相機每秒鐘可以捕捉的圖像數量,一般決定於圖像大小、曝光時間等,是相機的一個重要指標。相機幀率必須保證能夠拍攝到系統要求時間間隔最短的兩張圖片,處理圖像的時間一定要快,一定要在相機的曝光和傳輸的時間內完成,否則就有可能造成丟幀等現象,進而漏檢某些產品。

產品:MV-EM(維視)

6、選接口類型

選接口類型 USB2.0 USB3.0 GigE(千兆網) 1394A 1394B Camera Link 
理論速度  480Mbps 5Gbps 1000Mbps 400Mbps 800Mpbs  5.4Gbps 
實際速度 30Mbps 900MBps 114.4MBps 28.8MBps 62.4MBps 737MBps
傳輸距離 5m 3m 100m 10m 100m 10m

接口一般還承擔供電功能,USB可承擔供電,千兆網可以poe供電。

7、相機芯片

CCD,CMOS

Python比較好(待補充)

二、工業鏡頭選型

1、光學放大倍數

放大率F = 像元尺寸/精度 (或芯片尺寸除以視野範圍)。

相機選擇了之後,像元尺寸也就確定了。像元尺寸指傳感器上一個物理像元的尺寸,目前工業數字相機像元尺寸一般位3μm~10μm,一般像元尺寸越小,製造難度越大,圖像質量也越不容易提高。。

2、焦距

焦距是從鏡頭的中心點到膠平面上所形成的清晰影像之間的距離(注意!,相機的焦距與單片凸透鏡的焦距是兩個概念,因爲相機上安裝的鏡頭是多片薄的凸透鏡組成,單片凸透鏡的焦距是平行光線匯聚到一點,這點到凸透鏡中心的距離)。焦距的大小決定着視角的大小,焦距數值小,視角大,所觀察的範圍也大;焦距數值大,視角小,觀察範圍小。根據焦距能否調節,可分爲定焦鏡頭和變焦鏡頭兩大類。

根據工作距離計算焦距,如圖所示。所謂的工作距離,是指當圖像在焦距範圍內的時候,物體和照相機鏡頭前端的距離。它限制了視覺系統以及和視覺系統一起工作的設備所需要的空間。在極限範圍內,通過鏡頭重新對焦,可以改變工作距離。無限共軛鏡頭的對焦距離可以從最小工作距離一直到無限遠,有限共軛鏡頭則有一個特定工作距離範圍。

3、景深(Depth ofField,DOF)

  景深是指在被攝物體聚焦清楚後,在物體前後一定距離內,其影像仍然清晰的範圍。景深隨鏡頭的光圈值、焦距、拍攝距離而變化。光圈越大,景深越小;光圈越小、景深越大。焦距越長,景深越小;焦距越短,景深越大。距離拍攝體越近時,景深越小;距離拍攝體越遠時,景深越大。

 

4、視場角

這裏要注意,選擇鏡頭的時候,還要注意視場角,(假設視場大小爲2Ax2B)
水平視場角=2*arctg(A/C)
垂直視場角=2*arctg(B/C)

可使用廣角鏡頭,但鏡頭畸變率隨之升高,消除桶形畸變後,視野可能並沒有變大多少

5、光圈(Iris)範圍

  用F表示,以鏡頭焦距f和通光孔徑D的比值來衡量。每個鏡頭上都標有最大F值,例如 8mm /F1.4代表最大孔徑爲 5.7毫米 。F值越小,光圈越大,F值越大,光圈越小。

6、選擇遠心鏡頭

遠心鏡頭是爲糾正傳統鏡頭的視差而特殊設計的鏡頭,它可以在一定的物距範圍內,使得到的圖像放大倍率不會隨物距的變化而變化。遠心鏡頭與傳統鏡頭對比,如圖:
 在這裏插入圖片描述wAAACH5BAEKAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==

 

7、其他

(1)M 12鏡頭

M12鏡頭可與工業相機配合,從而更加便攜。和C\CS口間需要轉接圈

(2)濾光片

在戶外場景下,鏡頭前可安裝紅外線濾光片,以適應車輛突然出隧道情況,緩解太陽光直射

(3)靶面直徑=相機像元尺寸x相機的水平或者垂直的像素數,(所以鏡頭的尺寸必須大於這個數值,要不然在傳感器上成的像就不全)

(4)分辨率(Resolution)

  分辨率代表鏡頭記錄物體細節的能力,以每毫米里面能夠分辨黑白對線的數量爲計量單位:“線對/毫米”(lp/mm)。分辨率越高的鏡頭成像越清晰。

三、國內外公司

國內: 2018年度中國工業相機十大品牌總評榜,不知道靠不靠譜

          國內比較早的是大恆、凌雲,其他:上海方誠、陝西維視、海康 等。源自知乎:國內有哪些自己做工業相機的公司?

國外:以德國與日本爲主。basler,AVT,JAI等。PG(灰點)在中國的市場縮水

          還有在國內市場不多的Smartek,Optronis(高速相機),TheImagingSource 德國映美精
          TELI 日本東芝泰力 、Sentech 日本先特客、Hitachi 日本日立、SONY 日本索尼  
         工業領域的3D視覺市場:http://www.gg-robot.com/asdisp2-65b095fb-62327-.html

此外,有些公司的官網上提供選型指南,十分有幫助。

http://www.pixoel.com/Tools.aspx

https://www.baslerweb.com/cn/

四、其他問題:

http://crjqsj.com/index.php/new/index/id/31.html

1、光譜響應特性

是指該像元傳感器對不同光波的敏感特性,一般響應範圍爲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。

工業相機光譜wAAACH5BAEKAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==

2、工業相機噪聲

噪聲是指成像過程中不希望被採集到的,實際成像目標之外的信號。總體上分爲兩類,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,每臺相機的固有噪聲都不一樣。

3、信噪比


相機的信噪比定義爲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。
 

 

 

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