相機篇

發(fā)布日期：2013-06-26
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，目前市面上工業(yè)相機大多是基于CCD（Charge Coupled Device）或CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）芯片的相機。
其中， CCD是目前機器視覺最為常用的圖像傳感器。它集光電轉(zhuǎn)換及電荷存貯、電荷轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換形成電荷包，而后在驅(qū)動脈沖的作用下轉(zhuǎn)移、放大輸出圖像信號。
典型的CCD相機由光學(xué)鏡頭、時序及同步信號發(fā)生器、垂直驅(qū)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)則最早出現(xiàn)在20世紀(jì)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(shù)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(zhuǎn)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。
目前，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(yīng)用。

分類：
任何東西一定有它自己的分類標(biāo)準(zhǔn)，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(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)構(gòu)緊湊結(jié)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(fēng)扇扇葉上，以最大速度旋轉(zhuǎn)，設(shè)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(chǎn)工藝比較復(fù)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(chǎn)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(zhì)量的圖像處理算法，例如機器視覺(Machine Vision)應(yīng)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(jīng)過了mjpeg壓縮，圖像質(zhì)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。


如何選擇：
1、根據(jù)應(yīng)用的不同分別選用CCD或CMOS相機CCD工業(yè)相機主要應(yīng)用在運動物體的圖像提取，如貼片機機器視覺，當(dāng)然隨著CMOS技術(shù)的發(fā)展，許多貼片機也在選用CMOS工業(yè)相機。用在視覺自動檢查的方案或行業(yè)中一般用CCD工業(yè)相機比較多。CMOS工業(yè)相機由成本低，功耗低也應(yīng)用越來越廣泛。
2、分辨率的選擇首先考慮待觀察或待測量物體的精度，根據(jù)精度選擇分辨率。相機像素精度=單方向視野范圍大小/相機單方向分辨率。則相機單方向分辨率=單方向視野范圍大小/理論精度。若單視野為5mm長，理論精度為0.02mm，則單方向分辨率=5/0.02=250。然而為增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，不會只用一個像素單位對應(yīng)一個測量/觀察精度值，一般可以選擇倍數(shù)4或更高。這樣該相機需求單方向分辨率為1000，選用130萬像素已經(jīng)足夠。
其次看工業(yè)相機的輸出，若是體式觀察或機器軟件分析識別 ，分辨率高是有幫助的；若是VGA輸出或USB輸出，在顯示器上觀察，則還依賴于顯示器的分辨率，工業(yè)相機的分辨率再高，顯示器分辨率不夠，也是沒有意義的；利用存儲卡或拍照功能，工業(yè)相機的分辨率高也是有幫助的。
3、與鏡頭的匹配傳感器芯片尺寸需要小于或等于鏡頭尺寸，C或CS安裝座也要匹配（或者增加轉(zhuǎn)接口）。
4、相機幀數(shù)選擇當(dāng)被測物體有運動要求時，要選擇幀數(shù)高的工業(yè)相機。但一般來說分辨率越高，幀數(shù)越低。