工業相機常見參數

瞭解工業相機的相關參數能夠幫助我們更好的理解相機功能,進而幫助我們完成對相機的選型工作。所謂外行看熱鬧,內行看門道,工業相機的門道就從其參數開始。

1、分辨率

相機的傳感器sensor是有許多像素點按照矩陣的形式排列而成,分辨率就是以水平方向和垂直方向的像素來表示的。分辨率越高,成像後的圖像像素數就越高,圖像就越清晰。常用的工業面陣相機分辨率有130萬、200萬、500萬等;對於線陣相機而言,分辨率就是傳感器水平方向上的像素數,常見有1K、2K、6K等。

在相機分辨率的選型上,要根據我們的項目需求而定,並不一定是分辨率越高就越好,分辨率高帶來的圖像數據量就大,後期的算法處理複雜度就高,而且一般分辨率大的相機,幀率一般都不會太高。

2、傳感器尺寸

傳感器尺寸是以有效面積(寬x高)或以對角線大小(英寸)來表示的,常見的傳感器尺寸如下:

傳感器尺寸越大,一定程度上表示相機可容納像素個數越多,成像的畫幅越大。

3、像元尺寸

像元尺寸就是每個像素的面積。單個像素面積小,單位面積內的像素數量多,相機的分辨率增加,利於對細小缺陷的檢測和增大檢測視場。隨着像素面積的縮小,滿阱能力(每個像素能夠儲存的電荷數量)也隨之減小,造成相機動態範圍的降低。

4、像素深度

像素深度是指每個像素用多少比特位表示。通常,每個像素的比特位數多,表達圖像細節的能力強,這個像素的顏色值更加豐富、分的更細,顏色深度就更深。一般像素深度有1位、8位、16位、24位和32位。

1位像素深度就是有二進制來表示,也叫單色顯示。

8位像素深度是最常見的,用8個二進制位來表示顏色,能表示256種顏色,這種就是常說的灰度顯示。

16位是用16個二進制位來表示,能表示65536種顏色,這時就可以彩色顯示啦。

24位和31位則表達的顏色信息就會更加的豐富。

5、動態範圍

動態範圍是用來描述每個像素能夠分辨出的灰度等級。它是飽和電壓(最大的輸出電平)相機輸出的噪聲之比。寬動態範圍能夠使場景中非常亮和非常昏暗部分的細節同時被清晰的顯示。一般來說,低動態範圍的相機噪聲比較多,照片會缺失亮部細節和暗部細節。


6、最大幀率

最大幀率表示的是面陣工業相機每秒能夠採集並輸出的最大幀數,這往往和傳感器芯片和數據輸出接口帶寬有關。根據項目需求,對於拍攝運動物體,建議選取高幀率相機,具體幀率數要根據拍攝精度來確定。

7、曝光方式

工業相機常見的曝光方式有幀曝光(global shutter)和行曝光(rolling shutter)。

幀曝光是指傳感器陣列中所有像素同時曝光,曝光週期由預先設定的快門時間確定。這種曝光方式的相機適合拍攝運動物體,圖像不會偏移,不會失真。

行曝光是指同一行上的像素同時曝光,不同行的曝光起始時間不同,每行的曝光時間是相同的,行間的延遲不變。這種曝光方式的相機適用於拍攝靜止的物體,拍攝運動物體,圖像會偏移。

8、曝光時間

傳感器將光信號轉換爲電信號形成一幀圖像,每個像元接受光信號的過程叫曝光,所花費的時間叫曝光時間,也叫快門速度。

9、採集模式

採集模式分爲了連續採集、外觸發採集和軟觸發採集三種。

連續採集指相機進行連續曝光,輸出實時圖像。

外觸發採集是指當相機處於外觸發模式後,相機處於待機模式,不曝光,只有當相機通過I/O口接收到相機規定的單個脈衝(方波)信號後,傳感器曝光一次,部分相機支持信號的上升沿、下降沿和高低電平的觸發。

軟觸發是指當相機處於外觸發模式後,相機處於待機模式,不曝光,只有當相機軟件發出指令後,傳感器曝光一次。

10、增益

工業相機通常具有一個對傳感器的信號進行放大的視頻放大器,其放大倍數稱爲增益。增益越大,噪聲就會變大,一般情況不建議增大增益值。

11、光譜響應特性

光譜響應特性是指圖像傳感器對不同光波的敏感特性,變現了傳感器的量子效率QE。

12、模擬相機與數字相機

工業相機按輸出圖像信號格式劃分爲模擬相機與數字相機。早期的工業相機多采用PAL/ NTSC/ CCIR/ EIA-170等標準模擬輸出,也有采用非標準模擬輸出的產品,隨着GigE/IEEE 1394/USB 2.0/ USB 3.0/ Camera Link/ CameraLink HS/ CoaXPress等數字接口技術的發展和普及,越來越多的工業數字相機取代傳統的模擬相機出現在各種機器視覺系統中。

數字相機的信號受噪聲干擾較少,因此數字相機的動態範圍很高,圖像質量更好;而模擬相機採集到的是模擬信號,要經過數字採集卡轉換爲數字信號,受噪聲影響較大,分辨率低,且幀率一般固定。

模擬相機工作流程圖如下:

數字相機工作流程圖如下:

轉自公衆號《AI圖像》

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