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机器视觉应用中工业相机的扫描方式及输出接口介绍

来源:加一伟业 发布日期:2020-04-21

  机器视觉应用中工业相机的扫描方式

  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。

  工业相机按照扫描方式可以分为隔行扫描相机、逐行扫描相机。

  大多数显示器和相机都是以隔行方式扫描,但实际上人眼看来仍然像一个平滑的图像,相机一般先获取图像的奇数行,对于CCIR标准,它在1/50秒后再获取偶数行,而对于EIA标准,在1/60秒后再获取偶数行。

  绝大多数相机都是间隔式转移的,即隔行扫描(interlace),当用来拍摄运动物体时,就会出现梳状效应。为消除这种效应,可以只采集一半的图像(只使用奇数行或偶数行),如果要求完全的分辨率,必须利用逐行扫描(Progressive Scan)相机。

  在机器视觉应用中,物体通常移动很快。当利用隔行扫描相机时,在两场之间可能物体都有移动,结果就会是一副模糊的图像,就像是两次曝光或者是在垂直边缘有梳状效应。为了解决这种影响,可以将隔行扫描相机设成只扫描一个场,这样垂直分辨率将会减半,而帧采集速率将会提高一倍,相机的这种操作被称为场模式,或者非隔行输出,对许多机器视觉应用都很有用。

  场模式还能够提供敏感度加倍的好处,由垂直像素BINNING得到(像素BINNING是指CCD传感器的一个特殊读出模式,传感器将2个或多个像素绑定到一起锁定,从多个像素积累的电荷求和),场模式虽然可以提高帧速度、敏感性以及信噪比,但会降低分辨率,在要求对快速运动的物体完全垂直分辨率的应用中,应该使用逐行扫描相机。

  机器视觉系统包括三个主要部分:工业相机、采集卡和存储并分析图像以提取信息的计算机(或图像处理器)。图像处理器和采集卡属于相对容易选择的电子装置,它们的主要参数是存储能力和处理速度。工业相机是这些系统中情况最为复杂的部分。现代的工业模拟相机和工业数字相机采用电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)芯片来捕获图像并生成电子信号发送给计算机进行处理。

  对于一项应用,选择什么样的工业相机合适,取决于机器视觉系统想要达到什么目标。视觉检验、非接触式测量、物体识别和定位是三个常见的应用,每一个都有不同的要求。

  机器视觉应用中工业相机输出接口

  工业相机输出接口类型的选择主要由需要获得的数据类型决定。不同的传输接口的传输速度、长短都有所不同。如果图像输出直接给视频监视器,那么只需要模拟输出的工业相机。如果需要将工业相机获取的图像传输给电脑处理,则有多种输出接口选择,但必须和采集卡的接口一致,通常有以下几种方式:

  1.USB接口

  USB接口直接输出数字图像信号,串行通信,支持热拔插,传输速度在120Mbps-480Mbps之间,会占用CPU资源。传输距离较短,容易松动,稳定性稍差。

  目前广泛采用的USB2.0接口,是最早应用的数字接口之一,具有开发周期短,成本低廉的特点。其缺点是传输数据较慢,传输数据过程需要CPU参与管理,占用资源,且由于接口没有螺丝固定,链接容易松动,最新的USB3.0接口使用了新的USB协议,可以更快的传输数据,但目前USB3.0的相机市场上不是很多。

  2.1394a/1394b接口

  俗称火线接口,是美国电气和电子工程师学会(IEEE)制定的一个标准工业串行接口。所以又称为“IEEE1394”,现主要用于视频采集,数据传输率可达800Mbps,支持热拔插。电脑上使用1394接口需要使用额外的采集卡,使用不方便,且由于早期苹果对该技术的垄断,市场普及率较低,已慢慢被市场所淘汰。

  3.Gige接口

  千兆以太网接口,PC标准接口,其实就是网线接口,传输速率和距离都更高。是一种基于千兆以太网通信协议开发的相机接口标准,特点是快捷的数据传输速度和高达100米的传输距离。是近几年市场上应用的重点,使用方便,CPU资源占用少,可多台同时使用。

  4.HDMI接口

  HDMI接口的优势,HDMI不仅可以满足1080P的分辨率,还能支持DVD Audio等数字音频格式,支持八声道96kHz或立体声192kHz数码音频传送。HDMI支持EDID、DDC2B,因此具有HDMI的设备具有“即插即用”的特点,信号源和显示设备之间会自动进行“协商”,自动选择最合适的视频/音频格式。

  5.Camera Link接口

  需要单独的Camera Link采集卡,成本较高,便携性低,实际应用中较少,但是是目前工业相机中传输速度最快的一种传输方式,一般在高分辨率的高速面阵相机和线阵相机上应用,价格昂贵。

  6.VGA接口

  VGA接口是最常见,也就是我们通常的电脑显示器连接主机的那种,VGA接口是一种D型接口,上面共有15针,分成三排,每排五个。并且VGA接口扩展性比较强,可以轻松与DVI接口进行转换。

  以下是相关网友的提问:

  1、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zd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将是回市场主流

  .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答多种,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。

  2、1000万像素工业相机如何选购?

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

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

  3、曝光方式(Exposure)和快门速度(Shutter):对于线阵相机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。

  4、最容大帧率(Frame Rate)/行频(Line Rate):相机机采集传输图像的速率,对于面阵相机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)。

  3、工业相机后焦距怎样调节?

  工业相机后焦距也称背焦距,指的是当安装上标准镜头(标准 C/CS 接口镜头)时,能使被摄景物的成像恰好成在 CCD 图像传感器的靶面上。一般工业相机在出厂时,对后焦距都做了适当的调整,因此,在配接定焦镜头的应用场合,一般都不需要调整工业相机的后焦。

  在有些应用场合,可能出现当镜头对焦环调整到极限位置时仍不能使图像清晰,此时首先必须确7a686964616fe59b9ee7ad9431333365636639认镜头的接口是否正确。如果确认无误,就需要对工业相机的后焦距进行调整。根据经验,在绝大多数工业相机配接电动变焦镜头的应用场合,往往都需要对工业相机的后焦距进行调整。 工业相机的后焦距进行的调节步骤如下:1 、将镜头正确安装到工业相机上;2 、将镜头光圈尽可能开到最大(目的是缩小景深范围,以准确找到成像焦点);3 、通过变焦距调整(ZoomIn)将镜头推至望远( Tele )状态,拍摄 10m 以外的一个物体的特写,再通过调整聚焦(Focus)将特写图像调清晰;4 、进行与上一步相反的变焦距调整( ZoomOut )将镜头拉回至广角( Wide )状态,此时画面变为包含上述特写物体的全景图像,但此时不能再作聚焦调整(注意:如果此时的图像变模糊也不能调整聚焦),而是准备下一步的后焦调整;5 、将工业相机前端用于固定后焦调节环的内六角螺钉旋松,并旋转后焦调节环(对没有后焦调节环的摄像机则直接旋转镜头而带动其内置的后焦环),直至画面最清晰为止,然后暂时旋紧内六角螺钉;6 、重新推镜头到望远状态,看看刚才拍摄的特写物体是否仍然清晰,如不清晰再重复上述第1、2、3步骤;通常只需一两个回合就可完成后焦距调整了,最后旋紧内六角螺钉,将光圈调整到适当的位置。

  4、工业相机多少钱

  问题比较的笼统,工业相机的价位一般在几百到几十万不等,从分辨率,帧率,数据格式等不同来区分。一般用的比较多的工业相机价格在2000-6000这个范围区间内。