张家港PROCEMEX相机维修视觉系统

工业相机是机器视觉系统中的一个关键组件，其本质的功能就是将光信号转变成为有序的电信号。相比于市面上普通相机来说，具有更高的传输力、抗干扰力以及稳定的成像能力。它由两大基本部件组成：图像感光芯片和数字化的数据接口。

工业相机的图像感光芯片由数十万至数百万个像素组成，像素把光线的强度转换为电压输出。这些像素的电压被以灰度值的形式输出，所有像素放在一起就形成了图像，传送给计算机。工业相机数据接口主要有USB2.0\USB3.0、1394和千兆以太网这几种。相比于普通相机而言，它具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等优点，随着科技的日渐成熟，工业相机得到了飞速发展，成为机器视觉领域的不可缺少的组件。

工业相机根据不同的标准可以有多种分类，例如按照输出信号的方式，可以分为模拟相机、数字相机；根据芯片类型的不同可以分为CCD相机与CMOS相机两种，这种分类方式也是我们为常见的。这里面，CCD全称电荷耦合元件，CMOS全称互补金属氧化物半导体，两者都是图像传感器，都是工业相机的精髓。
选择合适的相机也是机器视觉系统设计中的重要环节，相机的不仅是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。

选择工业相机时应注意:
1、根据应用的不同来决定是需要选用CCD 还是CMOS， CCD 工业相机主要应用在运动物体的图像提取，CMOS 工业相机一般应该在静止物体的拍图；
2、分辨率的选择，考虑待待测量物体的精度，根据精度选择分辨率。其次看工业相机的输出，若是体式观察或机器软件分析识别，分辨率高是有帮助的；若是VGA 输出或USB输出，在显示器上观察，则还依赖于显示器的分辨率，工业相机的分辨率再高，显示器分辨率不够，也是没有意义的；
3、与镜头的匹配，传感器芯片尺寸需要小于或等于镜头尺寸，C或CS安装座也要匹配；
4、相机帧数选择，当被测物体有运动要求时，要选择帧数高的工业相机。但一般来说分辨率越高，帧数越低。

工业相机在生产制造上的应用越来越广泛，工业相机这类产品也出现新的发展方向。由于不同应用对工业相机的性能跟功能配置有很大的差异，因此工业相机大致上可区分成可配置型系统、嵌入型系统与智慧相机型三大类。但不论是哪种工业相机系统，除了少数特殊应用外，其所使用的工业相机都越来越向个人电脑靠拢，甚至智慧相机本质上就是一台内建CPU、记忆体，可以执行各种视觉演算法的工业电脑。

CCD相机和CMOS相机的区别是什么？
图像传感器是工业相机的核心感光元件，当前图像传感器主要分为电荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）和互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductors，CMOS）两种。
CCD相机和CMOS相机使用的图像传感器感光原理类似，基本上都是利用感光二管（photodiode）进行光与电的转换，将图像转换为数字信息，它们的主要差异在数字信号传送方式的不同。
CCD相机图像传感器每一行中每一个像素（pixel）电荷信号都会依序传送到下一个像素中，由底端的部分输出，再经由传感器边缘的放大器进行放大输出。
CMOS相机使用的图像传感器，每个像素都会连接一个放大器及模数转换电路，用类似内存电路的方式将信号输出。正是因为结构和工作原理的差异，导致CCD相机和CMOS相机图像传感器具有不同的特性。CCD图像传感器在灵敏度、分辨率，以及噪声控制等方面均优于CMOS图像传感器，而CMOS图像传感器则具有低成本、低耗电以及高整合度的特性。

线阵相机和面阵相机
工业相机根据像元的排列方式可分为线阵相机和面阵相机，线阵、面阵相机都有各自的优点和缺点，适用于不同应用环境。
一文了解“工业相机”
图5 面阵相机（左）与线阵相机（右）
线阵相机，顾名思义是被测视野呈“线”状，它的传感器通常只有一行感光元素，以“线”扫描的方式连续拍照，再合成一张的二维图像。在某些应用中，如高频扫描和高分辨率的场合，相比面阵相机，线阵相机具有特定的优势。举例来说，如图6，检测圆形或柱形物品时，可能需要使用多台面阵相机，才能覆盖到物品的整个表面。但如果我们将物品置于一台线阵相机前面，然后旋转物品，通过这种方式将图像展开，我们可以采集到整个表面的图像。而且，线阵相机也更容易安装到狭小的应用空间，比如在相机通过输送带上的滚轴来查看物品底部的情况。另外，相比传统面阵相机，线阵相机通常也能够提供更高的分辨率。由于线阵相机需要物品进行运动来创建图像，它们通常非常适合用于检测处于连续运动状态的产品。
一文了解“工业相机”
图6 线阵相机能够：（a）展开柱形物品以进行检测；（b）将视觉系统安装到空间狭小的应用环境中；（c）满足高分辨率检测要求；（d）检测处于连续运动状态的物品
相比线阵相机，面阵相机是以“面”为单位来进行图像采集，面阵相机的传感器拥有更多的感光像素，以矩阵排列。面阵相机可以一次性获取完整的目标图像，比线阵相机具有更快的检测速度。大多数常见的检测相机都基于面阵扫描，包括测量面积、形状、尺寸、位置，甚至温度，不过面阵相机每行的信息没有线阵多，帧幅率有限。相机像素通常用万为单位表示，以矩阵排列，比如1百万像素相机的像素矩阵为W x H（宽 x 高）=1000 x 1000。相机的分辨率是指一个像素表示实际物体的大小，用um x um表示，数值越小，分辨率越高。分辨率是由选择的镜头焦距决定的，同一种相机，选用不同焦距的镜头，分辨率就不同，如图7。在表现图像细节方面，不是由相机的像素多少来决定的，而是由分辨率决定的。同等分辨率条件下，像素越多，可以成像的区域面积越大。虽然清晰度并不是由像素决定，但是像素大的相机，可以减少拍照次数，从而提高了速度。

中国工业相机行业发展现状与趋势分析
伴随着电子信息技术的高速发展以及各类摄像头的广泛应用，全球图像视频数据爆炸式增长，人类社会正在进入视觉信息的大数据时代。工业相机可说是工业自动化系统的灵魂之窗，从物件/条码辨识、产品检测、外观尺寸量测到机械手臂/传动设备定位，都是工业相机技术可以发挥的舞台。
随着应用范畴越来越广，为了增加应用弹性或与工业电脑携手组成更复杂的自动化系统，工业相机的规格发展趋势正逐渐朝个人电脑靠拢，部分产品甚至已演化成一台麻雀虽小，五脏俱全的迷你工业电脑。跟人眼相比，工业相机有检测速度快、把关标准不受到人的主观影响等优势，而且工业相机的解析度远人眼，在检测细微零件或电路时，比人眼更能明察秋毫。
工业相机在生产制造上的应用越来越广泛，工业相机这类产品也出现新的发展方向。由于不同应用对工业相机的性能跟功能配置有很大的差异，因此工业相机大致上可区分成可配置型系统、嵌入型系统与智慧相机型类。但不论是哪种工业相机系统，除了少数应用外，其所使用的工业相机都越来越向个人电脑靠拢，甚至智慧相机本质上就是一台内建CPU、记忆体，可以执行各种视觉演算法的工业电脑。

工业相机行业的产业链覆盖全球
目前大多数工业相机都采用GbE介面，除了成本低廉外，容易与工业电脑介接，组成庞大复杂的自动化系统也是其优势。搭载USB3.0的工业相机也因为同样的理由，而在市场上越来越受到欢迎。
至于智能相机，本质上已经是一台迷你型工业电脑。以朗锐智科的PCM-6410工业相机为例，除了光学、影像感测器、数位讯号处理器等相机的元素外，该相机还搭载第7代英特尔®酷睿™处理器，可以直接在相机上执行各种视觉演算法。这种智能相机具备体积小、部署简单的优势，适合用在小规模自动化系统，或是与机器手臂结合，引导机器手臂作业。
工业相机主要包括镜头、感光传感器、网络芯片编码器、滤光片等。目前全球镜头厂商主要有：富士能、施耐德、卡尔蔡司、东正光学、普密斯;CMOS/CDD的生产厂商有日本索尼、日本松下、美国Aptina;网络芯片编码器生产厂商有：华为海思、美国TI、台湾智源、NXP等;而整机厂商有：中国海康、大华、云从、大恒等，国外Sony、BASLER、BAUMER等。