视觉检测面阵相机的主要参数及应用说明

传感器尺寸
工业上，一般常用的传感器尺寸有如下类型，尺寸大小各不相同。

使用技巧：
相机传感器尺寸和镜头的匹配
所有镜头都有大兼容的相机芯片尺寸。在实际选择相机和镜头时，一般遵循“镜头大兼容CCD尺寸≥相机芯片尺寸”的原则。

分辨率
分辨率由相机所采用的芯片分辨率决定，是芯片阵列排列的像元数量，对于面阵相机来说水平分辨率和垂直分辨率相乘即为相机的分辨率。例如
一个相机的分辨率是1280（H）×1024（V），表示每行的像元数量是1280，像元的行数是1024，此相机的分辨率是130万像素。在对同样大小的视
场成像时，分辨率越高，对细节的展示越明显。目前常用相机的分辨率有30万，80万，130万，200万，500万等。

使用技巧：
视场，相机分辨率和视觉系统精度的计算
在实际使用时，我们通常需要知道图像单位（像素）和实际物理单位（mm）之间的对应关系，即视觉系统所能达到的精度，计算公式为：
单方向视野范围大小/相机单方向分辨率=理论精度
例如：视场水平方向的长度是32mm，相机水平分辨率是1600，所以视觉系统精度为32mm/1600像素=0.02mm/像素，表示图像中每个像素对应0.02mm，即为视觉系统的理论精度。
在选择相机，尤其是用视觉进行测量时，为了提高系统的稳定性，通常需要视觉系统的理论精度大于要求的实际精度。
例如：用视觉系统，测量圆孔的直径，圆孔的大小是4±0.1mm，要求的测量精度是0.02mm，视觉系统水平方向的长度是5mm。为了提高系统的稳定性，我们选择4个像素对应0.02mm，则视觉系统精度是0.02mm/4像素=0.005mm/像素，所以相机水平方向的分辨率要不小于5mm /0.005mm/像素=1000像素。选择1280×1024分辨率的相机即可满足要求。

帧 率
单位为FPS（frame per second），即帧/秒，指相机每秒钟能采集多少幅图像，1幅图像为1帧。例如15帧/秒，表示相机一秒钟大能采集15幅图像。一般来说，分辨率越大的相机，帧率越低。
像元尺寸
像元尺寸是相机芯片上每个像元的实际物理尺寸，常见的有3.45μm，3.75μm ，4.4μm，4.65μm，6.45μm，7.4μm，9.6μm等。对同型号和同尺寸的芯片，外部光照环境和相机参数设置相同（比如曝光时间和增益等）的情况下，像元尺寸越大，能够接收到得光子数量越多，所成像的图像越亮。

使用技巧：
通过选择大像元尺寸的相机弥补图像的亮度不足
在有些使用场合，相机的曝光时间需要设置很短，无法加长；同时光源的亮度也无法再提高，而图像的亮度仍然达不到我们所需要的亮度。在此时，可以考虑采用更大像元尺寸的相机，来提高感光性，增加图像亮度。
例如采用1/3”，30万像素的CCD相机，在上述的其他条件的制约下，图像仍然不够亮；可以考虑采用1/2”，30万像素的CCD相机，以提高图像亮度。
计算运动物体不产生拖影的曝光时间
在拍摄高速运动物体的场合，选择帧曝光的相机后，还需要计算相机的曝光时间，以使图像不产生拖影，理论的计算原则是：运动物体在相机芯片上所成的像，在曝光时间内，移动的距离不超过一个像元尺寸。
例如：物体运动速度是150mm/s，沿芯片水平方向运动，相机是1/2”芯片（6.4mm×4.8mm），视场水平方向长度是20mm，像元尺寸是4.65μm，计算成像时不产生拖影的曝光时间。计算出像的运动速度，放大倍数为6.4mm/20mm=0.32，所以像的运动速度是0.32×150mm/s=48mm/s；根据计算原则，（曝光时间）×48mm/s=4.65μm，所以曝光时间为0.000097s，曝光时间设置为100µs即可。
像元深度
数字相机输出的数字信号，对于每一个像元灰度值，都有统一的比特位数，称为像元深度。对于黑白相机来说，像元深度定义灰度由暗到亮的灰阶数。例如，像元深度是8位的相机，输出的图像灰度等级是2的8次方，即0-255共256级。像元深度是10位的相机，输出的图像灰度等级是2的10次方，即0-1023共1024级。像元深度越大，固然可以增强测量的精度，但同时也降低了系统的速度，所有我们要谨慎选择。一般工业上都是使用8位的像元深度。
外触发
工业相机一般都具有外触发功能，可以根据外部信号进行图像采集，接收到一次外部信号，采集一次图像。在实际使用中，可以用传感器和相机的外触发功能配合，进行灵活的使用。相机所能接收的外触发信号一般为IO信号或电信号（高、低电平、上升沿或下降沿），具体根据相机生产厂家的标准而定。
使用技巧：
外触发的抗干扰
在有些使用相机外触发功能的场合，会有其他的电子设备的运用，例如直流/交流电机，变频器，接触器等等，如果对各种信号的屏蔽做的不好，很有可能对相机的外触发信号造成干扰，影响相机的使用，这在使用中要尤其注意。
闪光灯输出
在使用相机的外触发功能时，一般来讲，外部光源的照明也是配合相机，处于外触发状态。相机采集时，光源亮，相机未采集时，光源灭。所以一般相机具有闪光灯输出功能，作为触发信号，控制外部光源的亮和灭，从而配合相机的图像采集。

镜头接口
相机和镜头是一起配合使用的，他们之间的连接方式通常称为接口。业内形成几种常用的接口，如C口，CS口，F口等，从而使相机和镜头的生产厂家更加具有通用性和规范性。下表是镜头安装及后截距的信息，从中可看到不同接口的区别。


数据传输接口
对于数字相机来说，目前业内常用的接口有USB，IEEE1394（有1394a和1394b之分），GigE，Camera Link等。对于不同的接口，其特性不同。了解各接口的特性，在不同的使用场合，选择更加合理的数据传输接口。

使用技巧：
USB接口
目前采用USB接口的相机都是USB 2.0标准，由于USB在90年代就已经被广泛使用，并作为PC上的一种标准接口，所以USB作为数据传输接口，具有普及度高、方便易用、低成本、高带宽的优势。数据的传输速度高能达到480Mbps，数据传输时占用CPU资源。随着USB 3.0的普及，特别是其十倍于USB 2.0传输速率和对USB 2.0的良好兼容性，USB 3.0技术将给机器视觉应用带来新的冲击。

IEEE1394接口
1394接口，又称为“火线”（FireWire）。1394a高传输速度为400Mbps ，1394b高传输速度为800Mbps，传输速度快。并可使得不同的数字设备间通过1394接口直接连接而无需计算机干涉，真正的点对点传输协议。而且支持热插拔和即插即用，微软的操作系统中，如Win2000、Win XP，都支持IEEE1394，无需安装驱动。目前在工业场合使用相机，IEEE1394是一种比较稳定的数据传输接口，国内、外多家相机生产厂家，都有IEEE1394接口系列的相机。

GigE接口
千兆以太网技术作为新的高速以太网技术，比以前的百兆网，在传输速度上提高的十倍，且价格便宜，是一种高性价比的数据传输解决方案。同USB接口一样，10M/100M以太网接口是PC上的一种标准接口，从10M/100M网升级到千兆网不必改变网络应用程序、部件和操作系统，能够大程度的实现兼容，节约成本。同IEEE1394接口一样，GigE接口也是一种使用较为广泛的一种数据传输接口方式。

Camera Link接口
Camera Link标准由美国自动化工业学会AIA制定、修改、发布。Camera Link是从Channel Link技术发展而来的，Camera Link 标准规范了数字摄像机和图像采集卡之间的接口，采用了统一的物理接插件和线缆定义。只要是符合Camera Link 标准的摄像机和图像卡就可以物理上互联。Camera Link主要运用在高速数据传输的场合，线阵相机上多采用Camera Link接口，比起其他几类接口，它的价格是较高的。

动态范围
相机的动态范围表明相机探测光信号的范围。对于固定相机，其动态范围是一个固定值，不随外界的条件变化而变化。动态范围可以用倍数、dB或bit等方式来表示。动态范围越大，则相机更能适应不同的光照强度，提供好的成像效果。

光谱响应
光谱响应通常是指相机的芯片对不同波长的光线的响应能力。一般用光谱响应曲线表示，X轴表示不同波长，Y轴表示响应能力。如下图，表明示例相机芯片对500nm波长的光线具有好的响应能力。
东莞市品硕自动化科技有限公司、品硕科技、东莞品硕、视觉检测