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资深视觉工程师整理工业相机39问(上)点赞收藏!

 新用户0118F7lQ 2022-03-31

1:工业相机的丢帧的问题是由什么原因引起的?

工业相机的丢帧现象和相机采用的接口没有关系,不管什么接口,驱动程序设计的不良和工业相机硬件才是丢帧的真正原因。丢帧的原因其实就是资料通道堵塞,新的图像进来是,没有办法及时处理,前一张可能被迫丢弃,或者新的图像丢失。要想解决丢帧问题,必须针对驱动程序和工业相机硬件资料传输中间的每一个环节进行精密设计。

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2:工业相机输出、输入接口有哪些?

工业相机的输入、输出接口有USB3.0IEEE 1394,Camera Link、USB2.0、Ethernet、几种;

3:知道被测物的长、宽、高以及要求的测量精度,如何来选择CCD 相机和工业镜头,选择以上器件需要注意什么?

首先要选择合适的镜头。选择镜头应该遵循以下原则:

1)镜头的芯片靶面大于或者等于工业相机芯片;

2)选择匹配相机接口的镜头,是C接口还是F接口,或着M42接口等;

3)注意选择镜头的最小工作距离,镜头畸变,结构尺寸及光谱特性;

选择CCD 相机时,应该综合考虑以下几个方面:

1).注意感光芯片类型;通常CCD 或者CMOS,CCD的成像质量优于CMOS,成本也高于CMOS,同样分辨率的传感器,优先选择尺寸大的,有利于成像质量的提高;

2).视频特点;包括点频、行频。

3).相机输出接口,不同的输出接口对用不同的带宽,根据传输的距离,稳定性,传输数据的大小(带宽)等合适的选择USB,1394,Camerlink或者百兆/千兆网接口的相机;

4).相机的工作模式:连续,触发,控制,异步复位,长时间积分。

5).视频参数调整及控制方法:Manual、RS232.

同时,选择CCD 的时候应该注意,l inch = 16mm 而不是等于25.4mm.

4:CCD 相机与CMOS 相机的区别在哪里?

主要区别:CMOS(互补金属氧化物半导体)

1.采用CMOS芯片,价格相对CCD相机较低
2.CMOS芯片曝光方式一般为卷帘式快门曝光,适合拍摄静止物,体拍摄运动物体有拖影,且图像会变形
3.色彩还原性较差
4.芯片动态范围较小,灵敏度较差但在光照充足的情况下,也能取得较好的图像效果
5.系统噪声:中到高
:CCD(电荷耦合器件)
1.采用CCD芯片,价格较高
2.CCD芯片曝光方式一般为帧(全局快门)曝光,适合拍摄静止或运动物体
3.色彩还原性好
4.芯片动态范围较大,灵敏度好,成像效果对外界打光的依赖比CMOS芯片低
5.系统噪声:低

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5:工业相机都有哪些主要参数?

1.分辨率( Resolution );相机每次采集图像的像素点数(Pixels),对于工业数字相机一般是直接与光电传感器的像元数对应的,对于工业数字模拟相机则是取决于视频制式,PAL制为768*576,NTSC制为640*480。

2.像素深度(Pixel Depth):即每像素数据的位数,一般常用的是8Bit,对于工业数字数字相机一般还会有10Bit、12Bit等。

3.最大帧率(Frame Rate)/行频(Line Rate):相机采集传输图像的速率,对于面阵相机一般为每秒采集的帧数(Frames/Sec.),对于线阵相机机为每秒采集的行数(Hz)。

4.曝光方式(Exposure)和快门速度(Shutter):对于工业线阵相机都是逐行曝光的方式,可以选择固定行频和外触发同步的采集方式,曝光时间可以与行周期一致,也可以设定个固定的时间;面阵相机有帧曝光、场曝光和滚动行曝光等几种常见方式,工业数字相机般都提供外触发采图的功能。快门速度一般可到10微秒,高速相机还可以更快。

5.像元尺寸(Pixel Size):像元大小和像元数(分辨率)共同决定了相机靶面的大小

6.光谱响应特性(Spectral Range):是指该像元传感器对不同光波的敏感特性,一般响应范围是350nm-1000nm,一些相机在靶面前加了一个滤镜,滤除红外光线,如果系统需要对红外感光时可去掉该滤镜。

6:工业相机的噪声是什么意思?

根据欧洲相机测试标准EMVA1288 中,定义的相机中的噪声从总体上可分为两类:

一类是由有效信号带来的符合泊松分布的统计涨落噪声,也叫散粒噪声(shot noise),这种噪声对任何相机都是相同的,不可避免,尤其确定的计算公式。(就是:噪声的平方= 信号的均值)。

第二类是相机自身固有的与信号无关的噪声,它是由图像传感器读出电路、相机信号处理与放大电路等带来的噪声,每台相机的固有噪声都不一样。

另外,对数字相机来说,对视频信号进行模拟转换时会产生量化噪声,量化位数越高,噪声越低。

7工业相机的信噪比什么意思?

特定参数(信号)值与非特异性参数(噪声)的比值。如实验中样品的放射性与本底放射性强度之比;荧光在X射线底片上所造成的感光强度与非特异感光背景强度之比;序列同源性比较时,配对与非配对序列之比等。信噪比的值越大,图像的质量就越高

8:工业相机中动态范围是什么意思?

相机的动态范围表明相机探测光信号的范围,动态范围可用两种方法来界定,一种是光学动态范围,指饱和时最大光强与等价于噪声输出的光强的比值,由芯片的特性决定。另一种是电子动态范围,他指饱和电压和噪声电压之间的比值。对于固定相机其动态范围是一个定值,不随外界条件变化而变化。在线性响应去,相机的动态范围定义为饱和曝光量与噪声等效曝光量的比值:动态范围=光敏元的满阱容量/等效噪声信号动态范围可用倍数、dB 或Bit 等方式来表示。动态范围大,则相机对不同的光照强度有更强的适应能力。

9:如何提高工业相机的动态范围

相机动态范围成像的目的就是要正确地表示真实世界中从太阳光直射到最暗的阴影这样大的范围亮度,以下技术可以提高相机动态范围。

1.   对数响应:设置对数视频放大电路,增大成像器件的动态范围。

2.   深沟道技术:使用厚度为40左右的高阻硅制作CCD,在保持薄型CCD的量子效率高的优点基础上,同时提高红光的量子效率。

3.   双曝光:对传感器做曝光设置,弱光时自动采用长时间曝光,强光时自动采用短时间曝光,提高成像器件适应目标光强变化的能力,适合光强变化剧烈场合。

10:工业相机里的像元深度是什么意思?

数字相机输出的数字信号,即像元灰度值,具有特殊的比特位数,称为像元深度。对于黑白相机这个值的方位通常是8-16bit。像元深度定义了灰度由暗道亮的灰阶数。例如,对于8bit的相机0 代表全暗而255 代表全亮。介于0 和25 之间的数字代表一定的亮度指标。10bit 数据就有1024个灰阶而12bit有4096个灰阶。每一个应用我们都要仔细考虑是否需要非常细腻的灰度等级。从8bit上升到10bit 或者12bit 的确可以增强测量的精度,但是也同时降低了系统的速度,并且提高了系统集成的难度(线缆增加,尺寸变大),因此我们也要慎重选择。

11:工业相机是怎么分类的?

1、按照芯片类型:可以分为CCD相机、CMOS相机;

2、按照传感器的结构特性:可以分为线阵相机、面阵相机;

3、按照扫描方式:可以分为隔行扫描相机、逐行扫描相机;

4、按照分辨率大小:可以分为普通分辨率相机、高分辨率相机;

5、按照输出信号方式:可以分为模拟相机、数字相机;

6、按照输出色彩:可以分为单色(黑白)相机、彩色相机;

7、按照输出信号速度:可以分为普通速度相机、高速相机;

8、按照响应频率范围:可以分为可见光(普通)相机、红外相机、紫外相机。

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12:工业相机与普通数字相机的区别在哪里?

若用直观的说法指出工业相机与普通数字照相机的区别,就是工业相机给工业产品照相,普通数字相机给风景和人照相。工业相机的主要功能是将外界输入的光信号转换为可被电子系统处理的电信号输出,在成像原理方面与普通数字相机大致相同。相比传统的普通数字相机而言,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。

工业相机有多个名称,例如,工业摄像机、工业摄像头、视觉传感器等。当其在工业环境下拍照时,取名为工业照相机;当其在工业环境下录像时,参照对普通民用摄像机的叫法,取名为工业摄像机;当其用于工业环境下的监控时,取名为工业摄像头或工业探头;当其用于工业机器人时,取名为视觉传感器。

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工业相机与普通数字式照相机结构框图的主要区别:

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