一、什么是工業(yè)相機

工業(yè)相機是機器視覺系統(tǒng)中的一個關鍵組件，其最本質的功能就是將光信號轉變成有序的電信號。選擇合適的相機也是機器視覺系統(tǒng)設計中的重要環(huán)節(jié)，相機的選擇不僅直接決定所采集到的圖像分辨率、圖像質量等，同時也與整個系統(tǒng)的運行模式直接相關。

二、工業(yè)相機在機器視覺系統(tǒng)中的地位和作用

功能：光信號轉變成有序的電信號

三、工業(yè)相機的主要參數(shù)：

1. 分辨率(Resolution):

分辨率指的是每次采集圖像的像素點數(shù)(Pixels)，通常用長*寬表示。我們常說多少萬像素相機就是由分辨率計算得來的。比如分辨率 1280pixel*1024pixel，1280*1024=1310720，就是130萬像素的相機。分辨率在一定意義上決定了機器視覺系統(tǒng)能夠達到的精度。

2. 像素深度(Pixel Depth):即每像素數(shù)據(jù)的位數(shù)，一般常用的是8Bit，對于數(shù)字相機機一般還會有10Bit、12Bit、14Bit等。

3. 最大幀率(Frame Rate)/行頻(Line Rate):相機采集傳輸圖像的速率，對于面陣相機一般為每秒采集的幀數(shù)(Frames/Sec.)，對于線陣相機為每秒采集的行數(shù)(Lines/Sec.)。

4. 曝光方式(Exposure)和快門速度(Shutter):

對于線陣相機都是逐行曝光的方式，可以選擇固定行頻和外觸發(fā)同步的采集方式，曝光時間可以與行周期一致，也可以設定一個固定的時間;面陣相機有幀曝光、場曝光和滾動行曝光等幾種常見方式，數(shù)字相機一般都提供外觸發(fā)采圖的功能。快門速度一般可到10微秒，高速相機還可以更快。

5. 像元尺寸(Pixel Size):像元大小和像元數(shù)(分辨率)共同決定了相機靶面的大小。數(shù)字相機像元尺寸為3μm~10μm，一般像元尺寸越小，制造難度越大，圖像質量也越不容易提高

6. 光譜響應特性(Spectral Range):是指該像元傳感器對不同光波的敏感特性，一般響應范圍是350nm-1000nm，一些相機在靶面前加了一個濾鏡，濾除紅外光線，如果系統(tǒng)需要對紅外感光時可去掉該濾鏡。

7.接口類型:有Camera Link接口，以太網接口，1394接口、USB接口輸出，目前最新的接口有CoaXPress接口。

工業(yè)相機又俗稱攝像機，相比于傳統(tǒng)的民用相機(攝像機)而言，它具有高的圖像穩(wěn)定性、高傳輸能力和高抗干擾能力等，市面上工業(yè)相機大多是基于CCD(Charge Coupled Device)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)芯片的相機。

CCD是目前機器視覺最為常用的圖像傳感器。它集光電轉換及電荷存貯、電荷轉移、信號讀取于一體，是典型的固體成像器件。CCD的突出特點是以電荷作為信號，而不同于其它器件是以電流或者電壓為信號。這類成像器件通過光電轉換形成電荷包，而后在驅動脈沖的作用下轉移、放大輸出圖像信號。典型的CCD相機由光學鏡頭、時序及同步信號發(fā)生器、垂直驅動器、模擬/數(shù)字信號處理電路組成。CCD作為一種功能器件，與真空管相比，具有無灼傷、無滯后、低電壓工作、低功耗等優(yōu)點。

CMOS圖像傳感器的開發(fā)最早出現(xiàn)在20世紀70 年代初，90 年代初期，隨著超大規(guī)模集成電路 (VLSI) 制造工藝技術的發(fā)展，CMOS圖像傳感器得到迅速發(fā)展。CMOS圖像傳感器將光敏元陣列、圖像信號放大器、信號讀取電路、模數(shù)轉換電路、圖像信號處理器及控制器集成在一塊芯片上，還具有局部像素的編程隨機訪問的優(yōu)點。CMOS圖像傳感器以其良好的集成性、低功耗、高速傳輸和寬動態(tài)范圍等特點在高分辨率和高速場合得到了廣泛的應用。

四、相機分類

任何東西分類一定有它自己的分類標準，工業(yè)相機也不例外。

按照芯片類型可以分為CCD相機、CMOS相機;

按照傳感器的結構特性可以分為線陣相機、面陣相機;

按照掃描方式可以分為隔行掃描相機、逐行掃描相機;

按照分辨率大小可以分為普通分辨率相機、高分辨率相機;

按照輸出信號方式可以分為模擬相機、數(shù)字相機;

按照輸出色彩可以分為單色(黑白)相機、彩色相機;

按照輸出信號速度可以分為普通速度相機、高速相機;

按照響應頻率范圍可以分為可見光(普通)相機、紅外相機、紫外相機等。區(qū)別

1、工業(yè)相機的性能穩(wěn)定可靠易于安裝，相機結構緊湊結實不易損壞，連續(xù)工作時間長，可在較差的環(huán)境下使用，一般的數(shù)碼相機是做不到這些的。例如:讓民用數(shù)碼相機一天工作24小時或連續(xù)工作幾天肯定會受不了的。

2、工業(yè)相機的快門時間非常短，可以抓拍高速運動的物體。

例如，把名片貼在電風扇扇葉上，以最大速度旋轉，設置合適的快門時間，用工業(yè)相機抓拍一張圖像，仍能夠清晰辨別名片上的字體。用普通的相機來抓拍，是不可能達到同樣效果的。

3、工業(yè)相機的圖像傳感器是逐行掃描的，而普通的相機的圖像傳感器是隔行掃描的， 逐行掃描的圖像傳感器生產工藝比較復雜，成品率低，出貨量少，世界上只有少數(shù)公司能夠提供這類產品，例如Dalsa、Sony，而且價格昂貴。

4、工業(yè)相機的幀率遠遠高于普通相機。

工業(yè)相機每秒可以拍攝十幅到幾百幅圖片，而普通相機只能拍攝2-3幅圖像，相差較大。

5、工業(yè)相機輸出的是裸數(shù)據(jù)(raw data)，其光譜范圍也往往比較寬，比較適合進行高質量的圖像處理算法，例如機器視覺(Machine Vision)應用。而普通相機拍攝的圖片，其光譜范圍只適合人眼視覺，并且經過了mjpeg壓縮，圖像質量較差，不利于分析處理。

6、工業(yè)相機(Industrial Camera)相對普通相機(DSC)來說價格較貴。

五、企業(yè)應用如何選擇

工業(yè)相機一般安裝在機器流水線上代替人眼來做測量和判斷，通過數(shù)字圖像攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據(jù)判別的結果來控制現(xiàn)場的設備動作。

1、通常您首先需要知道系統(tǒng)精度要求和相機分辨率，可以通過公式:

X方向系統(tǒng)精度(X方向像素值)=視野范圍(X方向)/CCD芯片像素數(shù)量( X方向)

Y方向系統(tǒng)精度(Y方向像素值)=視野范圍(Y方向)/CCD 芯片像素數(shù)量( Y方向)

2、當然理論像素值的得出，要由系統(tǒng)精度及亞像素方法綜合考慮;接著您要知道系統(tǒng)速度要求與相機成像速度:

系統(tǒng)單次運行速度=系統(tǒng)成像(包括傳輸)速度+系統(tǒng)檢測速度

雖然系統(tǒng)成像(包括傳輸)速度可以根據(jù)相機異步觸發(fā)功能、快門速度等進行理論計算，最好的方法還是通過軟件進行實際測試。

3、再接著您要將相機與圖像采集卡一并考慮，因為這涉及到兩者的匹配:

視頻信號的匹配:對于黑白模擬信號相機來說有兩種格式，CCIR和RS170(EIA)，通常采集卡都同時支持這兩種相機;

分辨率的匹配:每款板卡都只支持某一分辨率范圍內的相機;

特殊功能的匹配:如要是用相機的特殊功能，先確定所用板卡是否支持此功能，比如，要多部相機同時拍照，這個采集卡就必須支持多通道，如果相機是逐行掃描的，那么采集卡就必須支持逐行掃描。

接口的匹配:確定相機與板卡的接口是否相匹配。如CameraLink、GIGE、CoxPress、USB3.0等。

4、在滿足您對檢測的必要需求后，最后才應該是價格的比較。

舉例說明:如我們的檢測任務是尺寸測量，產品大小是18mm*10mm，精度要求是0.01mm，流水線作業(yè)，檢測速度是10件/秒，現(xiàn)場環(huán)境是普通工業(yè)環(huán)境，不考慮干擾問題。

首先我們知道是流水線作業(yè)，速度比較快，因此選用逐行掃描相機;視野大小我們可以設定為20mm*12mm(考慮每次機械定位的誤差，將視野比物體適當放大)，假如我們能夠取到很好的圖像(比如可以打背光)，而且我們軟件的測量精度可以考慮1/2亞像素精度，那么我們需要的相機分辨率就是20/0.01/2=1000pixcel(像素)，另一方向是12/0.01/2=600pixcel，也就是說我們相機的分辨率至少需要1000*600pixcel，幀率在10幀/秒，因此選擇1024*768像素(軟件性能和機械精度不能精確的情況下也可以考慮1280*1024pixcel)，幀率在10幀/秒以上的即可。