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海康威视工业智能相机的选型指南及镜头分类

来源:加一伟业 发布日期:2020-04-21

  海康威视工业智能相机的选型指南

  典型机器视觉系统是一种就是基于个人计算机(PC)的视觉系统,一般由光源、CCD或CMOS相机、图像采集卡、图像处理软件以及一台PC机构成。目前,一种新型的智能相机的出现,向传统的基于PC的机器视觉系统提出了挑战。智能相机并不是一台简单的相机,而是一种高度集成化的微小型机器视觉系统。它将图像的采集、处理与通信功能集成于单一相机内,从而提供了具有多功能、模块化、高可靠性、易于实现的机器视觉解决方案。同时,由于应用了最新的DSP、FPGA及大容量存储技术,其智能化程度不断提高,可满足多种机器视觉的应用需求。

  作为工业智能相机供应商,朗锐智科认为,购买一台视觉相机,必须要问清楚10个问题:

  (1) 对于一台零件定位工具,什么是重要的?如何评定其性能?零件定位工具是在视觉相机的视场中找到零件的软件工具。这是典型的视觉应用的第一步,从最简单的机器人抓取操作到最复杂的装配确定任务,它往往是判断应用成功与否的关键。在当今的生产环境中,零件定位对视觉相机提出了挑战。这是因为条件变化将会使视觉相机视场中零件出现的路线发生的变化,视觉相机将被训练,旨在通过零件图像的参考或模型去识别零件。

  这些条件变化包括:

  •零件旋转;

  •光学测量装置的变化;

  •光照条件的不一致;

  •零件外观的正常变化。

  (2) 内置网络通信装置扮演什么样的角色,我应关注什么性能?网络通信提供了大量的重要性能:

  •它使得视觉相机快速将通过/失败结果数据传送至PC;

  •它使得视觉相机可与PLC、机器人、和其他自动化装置进行通信;为了在视觉相机、PC之间建立企业级的通信连接,请确认你所评估的视觉相机支持较宽范围内的网络协议,包括:SMTP、FTP、DHCP、DNS、TCP/IP客户服务器、Telnet。为了连接视觉相机和诸如PLC、机器人等自动化装置,请选择支持以下工业协议的视觉相机:

  •EtherNet/IP——这一协议使得视觉相机可通过单以太网电缆与PLC和其他装置相连,而无需复杂的线路配置和昂贵的网关。

  •ModBus/TCP——另一网络协议,允许直接通过以太网与其他设备连接。最终,当越来越多的视觉相机应用于生产过程时,通过一种集中的方式进行管理变得十分重要,请确认您所评估的视觉相机是否允许您通过网络管理和控制视觉行为。

  (3) 您的视觉相机是否易于建立应用,并产生用户图形界面?视觉应用并不常需要集线器管理接口(HMI),但操作者经常要对视觉相机进行调整,从而在零件变化时进行修改,改变公差参数和判断零件故障点。在您配置系统时,机器视觉相机应允许您产生一个用户图形界面。请确认您所评估的视觉相机具有这一功能,而无需您利用VB或其他高级语言进行开发。

  (4) 在读和检验性能中,应该寻找什么?您是否正在读生产线上零件的文字数字码,或验证药瓶上的数据和大量的编码信息。在评估读和检验性能时,它们是需要寻找的特性,包括:

  •统计字体训练 这一特性允许您从一系列图像中产生一个模型或参考图像。这使得视觉相机能够更好的处理它可能遇到的印刷物质量的正常变化,如低对比度、位置变化、退化或笔划宽度的变化。除非您可以肯定将要打印的每一标签都具有高质量,否则这一开发静态模型的能力对于应用系统的成功将是非常重要的。

  •图像预处理工具 它允许您通过边缘对比度增强和滤除图像中的背景噪声优化被训练的模型,优化后模型提高了视觉相机的可靠性和可重复性。关于图像预处理的更多信息请参阅问题(6)。

  •瞬间图像回放 这使得操作者和技术人员可快速而容易地从监视器中看到故障图像。无论故障图像是相机偏离了位置、还是标签缺失而引起的,重要的是要立即知道为什么会出故障,并在必要时采取补救措施。

  (5) 怎样确定视觉相机测量工具的可重复性?如果您的应用是空间尺寸测量,您一定想确信测量工具不仅精确,而且具有很的可重复性。为了测定可重复性,视觉相机最好完全适用于测量工具。无论您是测量两条线间的距离,或在三点间产生一个圆,优良的工具设置使您无需对标准配置中没有的函数进行编程定义。(6) 相机是否具有足够的图像预处理功能?图像预处理工具允许用户对原始图像进行操作,以突出需要的特征,消除不需要特征。这一特性是视觉相机所有特性中的关键,应被列入标准配置。具有预处理工具的相机为您提供如下功能:

  •在目标边缘和背景间提高对比度;

  •滤出图像中无关的或无意义的特征;

  •消除已被从零件表面脱落的反射;

  •图像中粗糙纹理的平滑处理。具备优化原始图像数据的能力后,视觉相机的精确度和耐用性得到了提高。

  (7) 如何评估工业条码读取工具,需要什么性能?当今的视觉相机应在退化、不规则的二维条码,或零件与零件间的位置变化上应具有可靠的、可重复的性能。无论零件采用什么类型的标记方法,标记在什么类型的介质表面,它们都应具有较高的性能。按照条形码读取特性选择视觉相机,您可能想了解以下问题:

  •编码质量确认能力 寻找能够检验编码质量的产品,以建立标准。这可提供关于标记过程工作情况的有价值的信息。

  •读取速率 依照生产线速度和生产需求,您可能需要检验一个视觉相机的读取速率。当今最快的视觉相机每秒大约可读50个编码。

  •图像预处理工具 它允许您通过编码的边缘对比度增强和滤除图像中的背景噪声来优化已被训练的模型。优化后的模型使视觉相机的可靠性和可重复性最大化。关于图像的预处理请参阅问题(6)。

  •图像预处理工具 它允许您通过边缘对比度增强和滤除图像中的背景噪声优化被训练的模型,优化后模型提高了视觉相机的可靠性和可重复性。关于图像预处理的更多信息请参阅问题(6)。

  •瞬间图像回放 这使得操作者和技术人员可快速而容易地从监视器中看到故障图像。无论故障图像是相机偏离了位置、还是标签缺失而引起的,重要的是要立即知道为什么会出故障,并在必要时采取补救措施。

  (8) 视觉相机需要PC吗?在配置和生产中,标准的视觉相机无需PC。视觉相机应提供真正的即插即用特性,使您可以快速配置应用系统。重要的是, 视觉相机无需您在厂内设置计算机。最终,一个独立的视觉相机使您无需PC就可从监视器中看到活动图像。

  (9) 关于视觉相机的附件,您应该了解什么?为了确保您的系统集成过程快速而有效,请选择与视觉相机同系列的兼容附件。销售商会对每一附件进行测试,以确认每一部件可以同时进行运行,而不会出现故障。以下为附件列表:

  •照明附件 机器视觉销售商应提供多种不同的照明选择,因为机器视觉系统将会面临许多不同的零件表面特性类型和环境照明条件。一个全面的照明模块系列应包括环形光源模块,它提供柔和的光线,即使从各个方向照射;背光模块,提供零件与背景间的最大对比度;暗场光源,提供低角度照明,用于不规则零件表面的成像。

  •通信附件 确保提供了通信外围设备,如I/O模块、网关模块,它使得视觉相机和快速而容易地与PLC、机器人、其他自动化装置及网络相连。

  •监视器 一些销售商提供与相机兼容的显示器。当选择显示器时,最好选用具用抗晕效果防护的LCD显示器。

  •相机外壳 工业相机外壳用于防尘、防高温、防雨。同时,它应容易安装, 并适用多种尺寸和类型的相机镜头。

  (10) 提供什么类型的技术支持?当评估一台视觉相机时,很重要的一点是选择一家可提供较宽范围内的产品支持和培训报务的销售商。这些服务应开始于最初的应用评估,几个重要的问题是:

  •销售代表是否是一个全时的机器视觉专家?

  •应用评估的程序如何?评估人是谁?

  •销售商是否花费必要的工程资源使您的应用合格,或由您自己支出?

  •一旦选择,您将得到什么样的产品支持以确保安装成功?

  •所选择的销售商是否提供多种培训选择,如:在线自助(“self-help”)支持、在线课程、世界范围内的技术支持及个性化的现场培训。

  •所选择的销售商是否具有跟踪记录和财政稳定性,以长期维持其视觉解决方案供应商的角色。

  海康威视工业相机镜头分类

  镜头是机器视觉系统中的重要组件,对成像质量有着关键性作用,它对成像质量的几个最重要指标都有影响,包括:分辨率、对比度、景深及各种像差。镜头不仅种类繁多,而且质量差异也非常大,但一般用户在进行系统设计时往往对镜头的选择不够重视,导致不能得到理想的图像,甚至导致系统开发失败。所以在选购镜头前先了解一些基础知识是非常必要的。

  认识镜头

  镜头将三维被测物体和它周围的环境光学成像并投影在摄像头的二维图像传感器平面上。一般这个平面是长宽比为4:3的矩形,我们称这个矩形为成像面

  和成像面中的图像对应的物体平面被称作视野

  从被测物体到镜头的距离称为工作距离。以镜头最佳聚焦时的WD为中心,前后存在一个范围。

  在此范围内镜头能在像平面上获得清晰的图像,这个范围被称为景深。

  参数解读

  物镜的焦距f:物镜的焦距决定了物体在成像面上成像的大小,用不同焦距的物镜对同一位置物体成像时,焦距越长,所得的像也越大。

  相对孔径:镜头光圈的大小用相对孔径F=D/f来表示,其中D为镜头中光线能通过的圆孔直径,f为焦距。D越大能收集和通过的光线越多,同时,焦距越短,这些光线到达成像面的密度越高。

  物镜的视场角2ω:决定了在成像面上良好成像的空间范围。当焦距f一定时,视场角越大,成像也越大;同时,当成像面的尺寸一定时,焦距越长,视场角越小。

  镜头的分类

  按镜头接口分类:

  CCTV(C-MOUNT)、35mm摄像镜头

  按等效焦距分类:

  广角镜头、长焦距镜头、中焦距镜头、远心镜头、微距镜头。

  按功能分类:

  变焦距镜头(变倍镜头)、可变光圈镜头。

  应用案例

  两种典型相机产品镜头选择案例:

  X_Ray专用千兆网相机采用百万像素CCD传感器,适用于对图像清晰度要求较高的医疗行业。由于投射于图像传感器的光学图像质量,直接影响到整体图像的质量,如需完全清晰的捕捉百万像素摄像机所呈现的高清晰度,必须适配高品质的百万像素镜头。百万像素镜头可使光学图像呈现更高的对比度、亮度和锐度,可以清晰的捕捉图像细节,无论中心还是边缘,都可以清晰呈现。

  印刷检测系统中使用的面阵相机镜头在选择过程中,需要综合考虑物距、光照条件等因素来选择合适的焦距,以适应现场复杂的使用条件。同时为了使其在测量过程中具有足够的分辨率,所以采用电动三可变镜头,此镜头焦点、聚焦、光圈三个参数均可通过电动马达驱动变化,有效的保证了输出图片的清晰度。

  以下是相关网友的提问:

  1、工业相机外触发是指什么?

  外触发就是给相机一个信号,相机接到这个信号会实施拍照动作。

  至于抓拍张数可以软件设定,利百用软件延时可以抓拍两张,三张,甚至更多,但真正触发相机的信号只能触发一次,现阶段触发工业相机的一半都是道路监控系统中的,如雷达,线度圈测速。

  扩展资料:

  工业相问机的性能稳定可靠易于安装,相机结构紧凑结实不易损坏,连续工作时间长,可在较差的环境下使用,一般的数码相机是做不到这些的。答工业相机外触发分类:

  1、边沿版触发模式。

  可在界面上选择上边沿或者下边沿为触权发条件。当触发端子上,收到有效触发信号后,相机开始采集一帧图像,并传输到主机。

  2、电平触发模式。

  可在界面上选择高电平或者低电平为触发条件,当有触发信号为有效电平时,相机开始采集一帧图像,并传输到主机。

  参考资料来源:百度百科-工业相机

  2、工业相机和普通相机究竟有什么不同?

  工业相机是机器视觉系统中的一个关键组件,其最本质的功能就是将光信号转变成小型高清工业相机为有序的电信号。要选择合适的相机,首先要了解其具体参数,才能根据具体使用环境设计相应的机器视觉系统。

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

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

  最大帧率(Frame Rate)/行频(Line Rate):即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,对于线阵相机为每秒采集的行数。

  曝光方式(Exposure)和快门速度(Shutter):对于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,也可以设定一个固定的时间;面阵工业相机有帧曝光、场曝光和滚动行曝光等几种常见方式。数字工业相机一般都提供外触发采图的功能,快门速度一般可到10微秒,高速工业相机还可以更快。

  像元尺寸(Pixel Size):像元大小和像元数共同决定了相机靶面的大小。目前数字工业相机像元尺寸一般为3-10μm,一般像元尺寸越小,制造难度越大,图像质量也越不容易提高。

  光谱响应特性(Spectral Range):指该像元传感器对不同光波的敏感特性,一般响应范围是350-1000nm,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。

  3、高速工业相机哪家好?

  工业应用需要设备具有高速、强大和稳定的性能,并且易于安装和维护,同时具有高效的投资回报。芬兰SPECIM的FX系列高光谱相机具有灵活波段选择功能,成像速度最高可达15000Hz;同系列的产品经过相同标定,随意替换,数据一致;重量仅为1.7Kg,大小为150 x 85 x 75 mm,仅是一个手掌的大小;拥有GigE Vision 和CameraLink两种接口选择,配置软件开发包,满足用户的多样需求。因此,芬兰SPECIM的FX系列高光谱相机是工业机器视觉应用领域的优先选择。

  4、国外有哪些比较好的CCD工业相机生产商?

  主要有AVT、Baumer、Basler、Dalsa 、JAI、Imagingsource等。

  AVT成立于1989年,专注于设计、生产和销售GigE Vision数字摄像机、Firewire工业相机和各种特种高端数字相机——如近红外(NIR)、长波红外(LWIR),紫外(UV),主动制冷CCD、高分高速摄像机等产品。创新的设计、上好的制造质量以及优质的服务,使得AVT在世界范围内确立了其在机器视觉领域里的数字摄像机解决方案的一流供应商地位。AVT旗下的Guppy Pro, Manta, Stingray, Pike系列;Prosilica GC,GS,GT,GE,GX系列及Bigeye,Bonito,Pearleye、Goldeye系列产品定能满足视觉用户最苛刻的成像需求。

  Baumer堡盟是创新型图像处理组件的全球领先制造商之一,提供广泛的适合各种应用的高品质工业相机。其核心能力涉及传感器集成、信号处理、接口和驱动程序等所有视觉应用领域,确保将相机集成在相应的视觉系统中。产品组合包括CCD和CMOS相机,分辨率从VGA到800万像素不等。数字相机采用各种标准接口,例如:Gigabit千兆以太网、CameraLink® 和FireWireTM.创新技术改进,例如以太网供电、Dual GigE、IP67、多I/O系列等相机。

  Basler公司秉承了德国一贯的严谨、认真负责的工作作风,生产的CCD产品以稳定可靠的性能和优质的技术服务为业界提供全系列的CCD接入产品,Basler的 CCD产品在工业生产、产品质量检测、航空航天、农业资源勘察、印刷质量(如造币厂)分析、科学研究等领域有着广泛的应用。

  Dalsa 于 1980 年在加拿大安大略省的Waterloo成立,创办人是成像行业的先驱、Waterloo大学电子工程专业的前任教授 Savvas Chamberlain 博士。在高端成像和机器视觉领域,DALSA是全球最大、技术最先进的CCD/CMOS芯片和相机制造商,是世界上唯一的一家同时拥有半导体制造,芯片设计\制造,相机设计\制造,图像采集处理软硬件设计制造能力以及视觉系统集成的全线能力的高科技企业。DALSA经过几十年的发展壮大,已成为年销售额一亿六千八百万美元,在全球拥有1000多名员工的国际化大公司,销售办事处遍及北美和欧亚。

  JAI公司成立于1963年,是世界知名的工业相机供应商,总部位于丹麦的哥本哈根,在日本、美国和英国有分支机构。JAI致力于为机器视觉用户提供从线扫描到面扫描,从模拟到数字,从Camera Link到GigE Vision的丰富产品选择。JAI公司尤其擅长棱镜分光多CCD摄像机的研发和制造,是世界上最大的2CCD、3CCD及4CCD多光谱工业相机供货商。 JAI产品具有结构紧凑、可靠性高、功能灵活、操人简单的特点,广泛应用于机器视觉、智能交能、医疗、军工等领域。其最新的C3系列GigE相机分为A(Advanced)、B(Basic)、C(Compact)三个系列,实现了模块化设计和统一的操作平台,系列之间具有很好的继承性。

  Imagingsource自1990年成立以来, The Imaging Source兆镁新已成为全球制造工业相机、图像卡及视频转换器的领导者, 产品系列可被广泛地应用于工业自动化、质量检测、物流、医药、科学研究及安全等领域。 完整的相机产品系列运用了工业标准化的产制原则,使The Imaging Source兆镁新的产品具有创新且高性价比的优势。 仅采用主流且多元的USB 3.0, USB 2.0, GigE, 1394b和1394a等接口,以落实产品皆建立在“基于标准技术”的理念上。 低整合成本与极具竞争优势的价格 The Imaging Source兆镁新的硬件产品发展建立于20余年的成功工业部件规划。 而软件开发的丰富经验,确保了与硬件装置能完全兼容并降低整合成本。 The Imaging Sourcee兆镁新所制造的硬件和软件产品皆具备坚固7a64e4b893e5b19e31333337613932耐用、低整合成本与极具竞争优势的价格。 卓越质量与简易操作 所有的相机、图像采集卡及视频转换器皆是The Imaging Source兆镁新累积数十年的专业经验。 位于全球的应用工程师及专业影像团队,以严格的标准不断地研发而造就了卓越的质量。