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。
工业相机在使用时有哪些需要注意地小细节:
1、拍摄时,工业相机要拿稳:否则会使影像出现双影或模糊不清。持之以按快门不要用力过猛,特别是在1/30秒以下更要注意稳定。要像射击时扣一样,先轻轻地按下道簧,抓住时机再及时按第二道簧。1/15秒以下好用三脚架,或将工业相机依托在固定物上拍摄;
2、拍摄时,工业相机要拿正。在拍摄人像、建筑物时,工业相机镜头不能过仰、过俯或左右倾斜,否则会使拍摄对象上大下小或上小下大,或使景物的水平向偏离地平线,使景物有东倒西歪的感觉;
3、使用器时,要轻轻地拨。在没按下快门之前,切勿硬拨回原位,否则容易损坏器的弹簧和齿轮;
4、在使用帘式,小型工业相机时,特别要注意保护布帘,切勿用手指使劲摸触,尤其不能让尖的东西弄破布帘;
5、工业相机镜头不能长时间对着太阳,防止漏光。尤其是布帘快门的工业相机,因为太阳光聚焦的作用,容易烧坏布帘;
6、在使用小型工业相机时,好要养成先上胶卷后调速度盘的习惯,有的小型工业相机在上胶卷前是定不准速度的;
7、定快门速度时,不能定在相邻的两级速度中间。工业相机调速盘的每个刻度上,都有个或小槽,拨定到位,才能正常运行,指在两级速度之间,不但得不到准确的速度,而且容易损坏快门。光圈的级数,可以指在两级光圈系数之间;
8、使用工业相机后,检查快门和设备是否放松,因快门结构的核心机件是弹簧,弹簧紧张的时间过长,易使弹力减弱,影响快门速度的准确性;
总之,工业相机的种类很多,使用工业相机的方法也不尽同。使用工业相机时,先要查看工业相机的型号、镜头的规格、使用的方法等。新的工业相机都有说明书,要仔细阅读,熟悉各部件的性能和操作方法。没有说明书而以不清楚的,一定要问清,切勿强行拨弄。在拍照前,还要检查一下工业相机的附件带全了没有,甚至连胶片卷轴这类小件都要考虑周到,稍有疏忽便会影响摄影的顺利进行。
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。
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。
往后在设备上使用CMOS传感器的工业相机会取代使用CCD传感器的工业相机吗?
随着CCD与CMOS图像传感器制造技术的不断进步,两者的差异正在逐渐缩小,例如CCD图像传感器不断降低耗电量,以期应用于移动通讯市场,例如近年来基于CCD的ToF图像传感器进入市场;CMOS图像传感器则持续提升分辨率与灵敏度,以期应用于更的影像产品市场。虽然业界普遍认为CMOS取代CCD是必然趋势,在2015年CCD图像传感器的主要制造商索尼公司(Sony)甚至发布了其终止量产CCD的时间表。不过目前来看,很多工业或应用领域基于CCD图像传感器技术仍占据重要地位,在相当长的一段时间内,两者应该是共存的关系。其实,CMOS图像传感器的的优势是能够与图像采集和信号处理等功能集成实现片上系统(SoC),随着机器视觉系统从基于PC的板级式视觉系统向能嵌入更多功能、更小型的智能相机系统发展,CMOS图像传感器必将成为后的赢家。