视觉部件相关
新闻详情

工业视觉相机的选型

发布时间:2022-11-30 17:38:30 浏览次数:161


 

 

 

       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。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。





    

在线客服 双翌客服
客服电话
  • 0755-23712116
  • 13822267203