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。
随着国内自动化产业的迅猛发展,也为机器视觉带来了更为广阔的市场空间,而机器视觉系统的核心部件:工业相机也同样得到了的发展。中国已经成为全球制造业的加工中心,高要求的零部件加工及其相应的生产线,使许多具有国际水平的机器视觉系统和应用经验也进入了中国。目前,工业相机的应用不管从技术上,还是在市场上,都得到了一定的进步。涉及到的领域众多,涵盖了工业、农业、医药、军事等国民经济的各个行业。
在国内,目前机器视觉的主要应用大部分还是聚集在大规模的自动化生产领域,而一般情况下,这些领域对于成本是非常敏感的,资金投入方面还存在一定的局限性。现在的工业相机市场,从国外购进,价格只增不减;国内自行生产,因为技术的不断升级,成本不断增加,价格也出现了相应的升高。因此,在未来的发展过程中,国内机器视觉市场需要的是低成本的工业相机。在赶超国际水平这段过程中,高性价比的工业相机是更适合中国机器视觉市场的。
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。
典型的机器视觉系统主要由光源、镜头、工业相机、图像采集卡或图像处理器,以及控制输出单元等硬件构成。其中,工业相机是机器视觉系统核心的组件,其本质的功能就是将光信号转变成为有序的电信号,再将该信号模数转换并送到处理器后以完成图像的处理、分析和识别。选择合适的工业相机是机器视觉系统设计的重要环节,工业相机类型不仅直接决定所采集到的图像分辨率、图像质量,同时也与整个系统的运行模式直接相关。
工业相机有多种分类方法,比较常见有:按感光芯片的类型分CCD工业相机(电荷耦合器件)和CMOS工业相机(互补金属氧化物半导体);根据输出色彩分为黑白相机和彩色相机;按像元的排列方式可分为线阵相机和面阵相机,按成像维度可为二维(2D相机)和三维(3D相机)等。
机器视觉的主要目的是代替人眼来做测量和判断,所以工业相机通常被安装在工厂快速运转的流水线上,在一些不适于人工作业的危险环境或者人眼视觉难以满足要求的场合。虽然在成像原理方面,工业相机与普通数码相机相差无几,但为满足工业检测需要,工业相机具有较高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等特点,在拍摄速度、精度和可重复性等方面,都远胜于普通数码相机。
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。