工业视觉相机的选型

       随着工业4.0的到来，机器视觉系统在智能制造领域的应用越来越广泛，相机是机器视觉的重要组成部分，合适的相机决定了系统应用的好坏。因此，选择合适的工业相机非常重要，本文主要介绍如何选择合适的工业相机。

什么是工业相机

       工业相机是机器视觉系统中的一个关键组件，其本质功能就是将光信号转变成有序的电信号，相当于机器视觉系统的“眼睛”。

       相比于传统的民用相机而言，工业相机具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等，市面上工业相机大多是基于CCD（Charge Coupled Devic或CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）芯片的相机。

目前，工业相机的主要用途包括以下几个方面：

       （1）在开发产品和验证产品等。如开发金属材料及树脂材料时，用来观察材料受到冲击时内部裂纹产生的方向、状态等，可用来分析材料被破坏时物质的结构，及电子产品的工业在线检测等。

       （2）包装和标签行业的印刷过程。工包装和标签行业的印刷过程中，能够实时检测到高速印刷中细微的缺陷，以便采取措施，减少损失。常见的缺陷如划痕、灰尘、漏印、墨痕、褶皱等都可被检测出来，提高投资回报，减少废品支出，提高了客户满意度和信任度。

       （3）其他领域。如机器视觉、科研、军事科学、航空航天等众多领域，尤其是在智能交通行业：超速抓拍，闯红灯电子警察、高速路口、卡扣收费等交通行业也得到了良好的使用。

工业相机的分类

       工业相机按照芯片类型、传感器结构特性、扫描方式、分辨率大小、输出信号方式、输出色彩、输出信号速度、响应频率范围等有着不同的分类方法。

       按照芯片类型：可以分为CCD相机、CMOS相机；

       按照传感器的结构特性：可以分为线阵相机、面阵相机；

       按照输出信号方式:可以分为模拟相机、数字相机；

        按照输出色彩：可以分为单色（黑白）相机、彩色相机；

       按其他分类形式：

工业相机和普通相机的区别

1. 性能区别

       工业相机的性能强劲，稳定可靠，易于安装，相机结构紧凑结实不易损坏，连续工作时间长，可在较恶劣的环境下使用，一般的相机是做不到这些的。

       例如：普通相机无法连续长时间工作，无法快速连拍，没有安装孔位，无法固定于机台上。

2. 快门时间区别

       工业相机的快门时间可以很短，曝光可以全局曝光，可以抓拍高速运动的物体。

       工业相机的快门时间一般可以从1／100000秒～10秒的范围内调整，配合控制器、光源、镜头，可以将快门时间设置在微秒级，而全局曝光，可以十分有效的解决拖影等问题。

3. 扫描方式区别

       工业相机的图像传感器是逐行扫描的，而普通相机的图像传感器是隔行扫描的，逐行扫描的图像传感器生产工艺比较复杂，成品率低，出货量少且价格昂贵。

4. 帧率区别

       工业相机的帧率远远高于普通相机。

       工业相机根据相机分辨率不同，每秒可以拍摄几张到几百张图片，甚至成千上万张图片，而普通相机只能拍摄几张图像，相差较大。例如工业相机的30万像素相机，可以轻松做到200帧。

5. 光谱区别

       工业相机通常输出的是裸数据，其光谱范围也往往比较宽，比较适合进行高质量的图像处理算法，例如机器视觉应用。而普通相机拍摄的图片，其光谱范围只适合人眼视觉，并且经过了压缩，图像质量较差，不利于分析处理。

6. 价格区别

       工业相机相对普通相机来说价格较贵。主要还是由市场需要来决定的。工业相机的出货量远不如普通相机，因此成本居高不下是必然的。

一般选择工业相机的注意事项

       选择合适的相机是机器视觉系统设计中的重要环节，相机的选择不仅直接决定所采集到的图像分辨率、图像质量等，同时也与整个系统的运行模式直接相关。

1. 相机类型

       对于静止检测或者一般低速的检测，优先考虑面阵相机，对于大幅面高速运动或者滚轴等运动的特殊应用考虑使用线阵相机。

       根据检测的速度，选择相机的帧率一定要大于物体运动的速度，一定要在相机的曝光和传输时间内完成。而在实际检测中实现同样的目的可以有多种不同的解决办法，相机的选择也就有了更多空间。

2. 相机帧率

       相机的帧率决定着设备的测量效率，如相机的帧率是30FPS，则每秒钟最多拍摄30次。

       通常来说，相机的分辨率越低，同样的接口，帧率也会越高；而分辨率越高，帧率也会越低。帧率*分辨率≤总线带宽，即在接口一定（总线带宽已经确定），分辨率一定时，帧率也是有其最大值的。既要想相机的分辨率快，又要想相机的帧率高，那么就需要找更大带宽的总线，也就是相机的输出接口。

3. 相机的曝光时间

       相机的最小曝光时间，可以决定目标的运动速度。或者反过来说，目标的运动速度，对相机的最小曝光时间提出了要求。

       假设我们的目标运动速度是1mm/S，我们的测量精度是0.01mm/pixel，那么我们必须考虑，物体的运动引起的拖影必须要小于我们的精度0.01mm，目标移动0.01mm，需要用时10ms，这就要求我们的相机的曝光时间必须小于10ms，如果大于这个曝光时间，那么仅仅物体运动引起的模糊就会大于0.01mm，这时我们的精度已经无法达到0.010.01mm/pixel了。

4. 相机输出接口

       同等像素条件下，各种接口的总线其相机帧率是不一样的。

一般来说：

       CameraLink>USB3>GIGE>1394B>USB2,1394A。

       现在最快的是Camera Link总线，USB3的理论速度达到了5Gbps即640MB，实际表现来看，应该有80%的有效带宽，即有512M左右的总带宽可供实际传输，这样如果一个500万像素的相机，每幅图像5M，那么也可能达到100帧每秒，速度是非常快的。

       而对于GIGE千兆网相机，500万像素的相机，较快的可以做到23FPS。1394B的500万像素相机可以做到13FPS，USB2，1394A一般为5~6帧的样子。

企业应如何选择工业相机

       工业相机一般安装在机器流水线上代替人眼来做测量和判断，通过数字图像摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。

1. 知道系统精度要求和相机分辨率，可以通过公式

       X方向系统精度(X方向像素值)=视野范围(X方向)/CCD芯片像素数量( X方向)

       Y方向系统精度(Y方向像素值)=视野范围(Y方向)/CCD 芯片像素数量( Y方向)

2. 知道系统速度要求与相机成像速度

       系统单次运行速度=系统成像(包括传输)速度+系统检测速度

       虽然系统成像(包括传输)速度可以根据相机异步触发功能、快门速度等进行理论计算，最好的方法还是通过软件进行实际测试。

3. 将相机与图像采集卡一并考虑，因为这涉及到两者的匹配

       视频信号的匹配：对于黑白模拟信号相机来说有两种格式，CCIR和RS170(EIA)，通常采集卡都同时支持这两种相机；

       分辨率的匹配：每款板卡都只支持某一分辨率范围内的相机;

       特殊功能的匹配：如要是用相机的特殊功能，先确定所用板卡是否支持此功能，比如，要多部相机同时拍照，这个采集卡就必须支持多通道，如果相机是逐行扫描的，那么采集卡就必须支持逐行扫描。

       接口的匹配：确定相机与板卡的接口是否相匹配。如CameraLink、GIGE、CoxPress、USB3.0等。

4、在满足您对检测的必要需求后，最后才应该是价格的比较

       如我们的检测任务是尺寸测量，产品大小是18mm*10mm，精度要求是0.01mm，流水线作业，检测速度是10件/秒，现场环境是普通工业环境，不考虑干扰问题。

       首先我们知道是流水线作业，速度比较快，因此选用逐行扫描相机，视野大小我们可以设定为20mm*12mm(考虑每次机械定位的误差，将视野比物体适当放大)。

       假如我们能够取到很好的图像(比如可以打背光)，而且我们软件的测量精度可以考虑1/2亚像素精度，那么我们需要的相机分辨率就是20/0.01/2=1000pixcel(像素)，另一方向是12/0.01/2=600pixcel，也就是说我们相机的分辨率至少需要1000*600pixcel，帧率在10帧/秒，因此选择1024*768像素(软件性能和机械精度不能精确的情况下也可以考虑1280*1024pixcel)，帧率在10帧/秒以上的即可。

        深圳市双翌光电科技有限公司是一家以机器视觉为技术核心，自主技术研究与应用拓展为导向的高科技企业。公司自成立以来不断创新，在智能自动化领域研发出视觉对位系统、机械手视觉定位、视觉检测、图像处理库等为核心的20多款自主知识产权产品。涉及自动贴合机、丝印机、曝光机、叠片机、贴片机、智能检测、智能镭射等众多行业领域。双翌视觉系统最高生产精度可达um级别，图像处理精准、速度快，将智能自动化制造行业的生产水平提升到一个更高的层次，改进了以往落后的生产流程，得到广大用户的认可与肯定。随着智能自动化生产的普及与发展，双翌将为广大生产行业带来更全面、更精细、更智能化的技术及服务。