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工业相机专业术语整理 划分及常见类别

来源:加一伟业 发布日期:2019-07-27

  帧率:帧率(Frame rate)是用于测量显示帧数的量度。所谓的测量单位为每秒显示帧数(Frames per Second,简称:(FPS)或“赫兹”(Hz)。每秒的帧数(fps)或者说帧率表示图形处理器处理场时每秒钟能够更新的次数。高的帧率可以得到更流畅、更逼真的动画。一般来说30fps就是可以接受的,但是将性能提升至60fps则可以明显提升交互感和逼真感,但是一般来说超过75fps一般就不容易察觉到有明显的流畅度提升了。如果帧率超过屏幕刷新率只会浪费图形处理的能力,因为监视器不能以这么快的速度更新,这样超过刷新率的帧率就浪费掉了。

  *既然刷新率越快越好,为什么还要强调没必要追求太高的刷新率呢?

  其中原因是在显示‘分辨率’不变的情况下,FPS越高,则对显卡的处理能力要求越高。

  电脑中所显示的画面,都是由显卡来进行输出的,因此屏幕上每个像素的填充都得由显卡来进行计算、输出。

  当画面的分辨率是1024×768时,画面的刷新率要达到24帧/秒,那么显卡在一秒钟内需要处理的像素量就达到了“1024×768×24=18874368”。

  如果要求画面的刷新率达到50帧/秒,则数据量一下子提升到了“1024×768×50=39321600”。

  FPS与分辨率、显卡处理能力的关系如下:

  处理能力=分辨率×刷新率。这也就是为什么在玩游戏时,分辨率设置得越大,画面就越不流畅的原因了。

  刷新频率:即屏幕刷新的速度。

  刷新频率越低,图像闪烁、停顿和抖动的就越厉害,眼睛疲劳得就越快。

  采用70Hz以上的刷新频率时才能基本消除闪烁,显示器最好稳定工作在允许的最高频率下,一般是85Hz。

  在显示器内部,有一些振荡电路。

  人们通常所说的刷新频率,指的就是振荡电路的频率。

  刷新频率的计算公式是:水平同步扫描线X帧频=刷新频率。

  普通显示器的刷新频率在15.75kHz-95kHz间。

  15.75kHz是人体对显示器最低要求的刷新频率,是由525(线)X30(fps)=15.75kHz计算所得。

  由此,我们可以逆推出显示器扫描一条水平线所花的时间:众所周知,时间和频率是倒数关系,即1/频率=时间。

  在这里,1/15.75kHz= 63.5us(微秒),也就是说在每帧525线、每秒30帧的模式下,显示器扫描一条水平线所花的时间是63.5微秒。

  感兴趣区域(ROI):机器视觉、图像处理中,从被处理的图像以方框、圆、椭圆、不规则多边形等方式勾勒出需要处理的区域,称为感兴趣区域,ROI。

  全局曝光:光圈打开后,每一行同时开始曝光,同时结束曝光。曝光完成后,数据开始逐行读出。全局曝光下,相机接受曝光和数据读出的时间一致,但是结束数据读出的时间不一样。曝光时间与机械的开关速度有关。既然与机械运动相关,所以,存在理论上的最小曝光时间。

  卷帘曝光:当光圈打开后,第一行曝光结束后,立即开始读出数据,数据完全读出后,下一行再开始曝光、读出数据。相机接受曝光,数据读出的时间长度一致,但是开始曝光的时间不一致。卷帘曝光存在具有一定间隔的卷帘来控制传感器的曝光时间。曝光时间的长短完全取决于卷帘的开口大小与卷帘的运动速度。也就是说,卷帘运动得越快,卷帘间距越小,其传感器的曝光时间越小。因此,卷帘曝光方式能够具有更小的曝光时间。

  *全局曝光的优点是所有的像素点同时曝光。其缺点是曝光时间存在局限,存在机械极限的最小曝光时间。

  *卷帘曝光的优点是具有更小的曝光时间。其缺点是由于逐行的是在不同时间进行曝光取像,如果图像是运动的,则存在明显的拖影。因此,卷帘曝光不适合拍摄运动的物体。

  曝光时间:曝光时间是为了将光投射到照相感光材料的感光面上,快门所要打开的时间。视照相感光材料的感光度和对感光面上的照度而定。曝光时间长的话进的光就多,适合光线条件比较差的情况。曝光时间短则适合光线比较好的情况。

  内触发模式:相机内部自己触发采集输出图像,前提有用户控制好。内触发有连续采集和单帧采集两种模式。

  外触发模式:相机受外部信号如外部电流触发,雷达信号触发等来控制工作。外触发分为软件触发和硬件触发。具体的外触发采集模式有单帧触发模式,多帧触发模式和PWM模式(脉宽控制曝光时间)。

  触发抖动:和单片机按键抖动一个道理。

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  由上图可以看出理想波形与实际波形之间是有区别的,实际波形在按下和释放的瞬间都有抖动的现象,抖动时间的长短和按键的机械特性有关,一般为5~10ms。通常我们手动按键然后释放,这个动作中稳定闭合的时间超过了20ms。因此单片机在检测键盘是否按下时都要加上去抖动操作,有专用的去抖动电路,也有专门的去抖动芯片,这些属于硬件去抖动。通常我们采用软件延时的方法就可以解决抖动问题。

  /* 软件去抖 */

  if (0 == K1 ) //如果有键按下

  {

  delay_ms(8); //延时一段时间去抖

  if (0 == K1) //如果真的有键按下,检测到得是稳定闭合状态

  {

  ... //按键以后需要做的事情

  }

  while(!K1); //松手检测,如果按住不放则一直在循环里

  }

  Strobe输出:外触发模式的输出信号,例如利用这个输出信号控制闪光灯亮灭灯,包含亮灭,亮的时间,点亮延迟时间。同时也可以设置预输出,适合反应比较慢的闪光灯。

  非交叠曝光:非交叠曝光是指当前帧的曝光和读出都完成后,再进行下一帧的曝光和读出。 非交叠曝光帧周期大于曝光时间与帧读出时间的和

  交叠曝光:交叠曝光是指当前帧的曝光和前一帧的读出过程有重叠,即前一帧读出的同时,下一帧已经开始曝光。 交叠曝光帧周期小于等于曝光时间与帧读出时间的和

  增益控制:根据信号的强弱来对信号进行增益。自动增益控制是限幅输出的一种,它利用线性放大和压缩放大的有效组合对助昕器的输出信号进行调整。当弱信号输入时,线性放大电路工作,保证输出信号的强度;当输入信号达到一定强度时,启动压缩放大电路,使输出幅度降低。也就是说,AGC功能可以通过改变输入输出压缩比例自动控制增益的幅度。AGC细分为AGCi(输入自动增益控制)和AGCo(输出自动增益控制)。

  白平衡:字面上的理解是白色的平衡。那什么是白色?这就涉及到一些色彩学的知识,白色是指反射到人眼中的光线由于蓝、绿、红三种色光比例相同且具有一定的亮度所形成的视觉反应。我们都知道白色光是由赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种色光组成的,而这七种色光又是有红、绿、蓝三原色按不同比例混合形成,当一种光线中的三原色成分比例相同的时候,习惯上人们称之为消色,黑、白、灰、金和银所反射的光都是消色。

  工业相机划分及常见类别

  工业相机作为机器视觉系统的关键组件,其最本质的功能就是将光信号转变成有序的电信号。选择合适的相机也是机器视觉系统设计中的重要环节,相机的选择不仅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。而工业相机按照不同的指标有诸多分类,以下为大家介绍工业相机比较常见的分类:

  1、按成像色彩划分,可分为彩色相机和黑白相机; 其中彩色相机有RGB格式(3CCD彩色相机)和Bayer格式(单CCD彩色相机)等;

工业相机划分及常见类别

  2、按灵敏度划分,又分以下几种形式:

工业相机划分及常见类别

  3、按分辨率划分,像素数在38万以下的为普通型,像素数在38万以上的高分辨率型;

  4、按光敏面尺寸大小划分,可分为1/4、1/3、1/2、1英寸相机。其具体尺寸如下表所示:

工业相机划分及常见类别

  5、按扫描方式划分,可分为行扫描相机(线阵相机)和面扫描相机(面阵相机)两种方式;(面扫描相机又可分为隔行扫描相机和逐行扫描相机)

工业相机划分及常见类别

  6、按同步方式划分,可分为普通相机(内同步)和具有外同步功能的相机等。

  除以上分类外,工业相机按照输出信号方式可以分为模拟相机、数字相机;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;还有其他划分方式。

  以下是相关网友的提问:

  1、工业机器视觉系统由哪些组成?

  工业机器视觉系统包括:光源、镜头(定焦镜头、变倍镜头、远心镜头、显微镜头)、 相机(包括CCD相机和COMS相机)、图像处理单元(或图像捕获卡)、图像处理软件、监视器、通讯 / 输入输出单元等。

  系统可再分为

  一、采集和分析分开的系统。

  主端电脑(Host Computer)

  影像撷取卡(Frame Grabber)与影像处理器

  影像摄影机

  定焦镜头镜头

  显微镜头

  照明设备

  Halogen光源LED光源

  高周波萤光灯源

  闪光灯源

  其他特殊光源

  影像显示器

  LCD

  机构及控制系统

  PLC、PC-Base控制器

  精密桌台

  伺服运动机台

  二、采集和分析一体的系统

  智能相机(图像采集和分析一体)

  其他配套外围设备:光源、显示、PLC控制系统等等。

  工作原理

  机器视觉检测系统采用CCD照相机将被检测的目标转换成图像信号,传送给专用的图像处理系统,根据像素分布和亮度、颜色等信息,转变成数字化信号,图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征,如面积、数量、位置、长度,再根据预设的允许度和其他条件输出结果,包括尺寸、角度、个数、合格 / 不合格、有 / 无等,实现自动识别功能。

  2、工业镜头的分辨率重要吗?

  为您解答:工业镜头中的百万像素,二百万像素和五百万像素同样是指工业镜头的空间分辨率,因为工业镜头必须配合工业相机使用,为了方便记忆镜头与工业相机的匹配关系,人们常采用对应工业相机的分辨率来命名工业镜头。这种命名方式其实并不科学,同时给新接触视觉系统的人带来了很多误解,经常会机械的套用百万像素分辨率工业相机对应百万像素工业镜头,二百万像素分辨率工业相机对应二百万像素工业镜头,而五百万像素分辨率工业相机则对应五百万像素工业镜头。

  其实工业镜头与工业相机对应的并不是工业相机自身的像素分辨率(像素数),而是各自的极限空间分辨率。按目前公开的性能指标来说,百万像素工业镜头对应的极限空间分辨率是90线对/mm,二百万像素工业镜头对应的空间分辨率是110线对/mm,五百万像素工业镜头对应的空间分辨率是160线对/mm,因此百万像素工业镜头配合相机的极限空间分辨率必须低于90线对/mm,二百万像素工业镜头和五百万像素工业镜头配合相机的原理也相同,而决定相机极限空间分辨率的并不是工业相机自身的像素分辨率,而是工业相机的单个像元尺寸大小。

  3、工业数字相机的参数都有哪些?

  表示工业相机的性能参数很多,主要的参数有以下这些:

  .分辨率:是指相机面阵传感器相敏面上的像素分布,直接影响拍摄的清晰度

  .帧率:指相机1秒钟拍摄的相片数,拍摄高速运动的物体时,帧率高低对拍摄效果影响很大

  .传感器型号:主要是CCD和CMOS两种,这两种传感器各有利弊,但是CMOS将是市场主流

  .像元尺寸:即单个像素的大小,像元尺寸越大,相机感光的灵敏度越高

  .相机接口:工业相机的接口分很多种,用的最多的有Cameralink、Coaxpress和USB3.0等。其中,在数据传输速度上Coaxpress相比其他接口更胜一筹