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CCD工业相机的相关技术特点解析汇总及白平衡知识

来源:加一伟业 发布日期:2019-07-20

  机器视觉系统以其效率高、速度快、非接触性等优点,越来越收各行各业的喜爱。CCD作为机器视觉系统最为常用的图像传感器,它集光电转换及电荷存贮、电荷转移、信号读取于一体,是典型的固体成像器件。CCD的突出特点是以电荷作为信号,而不同于其它器件是以电流或者电压为信号。这类成像器件通过光电转换形成电荷包,而后在驱动脉冲的作用下转移、放大输出图像信号。

  CCD工业相机作为检测视觉系统的核心组件,在行业应用中有着不可替代的性能优势。今天,带您走进CCD工业相机,对于您所关注的相关知识要点做以汇总,为您答疑解惑。

  一、CCD工业相机的工作方式:

  被摄物体的图像经过镜头聚焦至CCD芯片上,CCD根据光的强弱积累相应比例的电荷,各个像素积累的电荷在视频时序的控制下,逐点外移,经滤波、放大处理后,形成视频信号输出。视频信号连接到监视器或电视机的视频输入端便可以看到与原始图像相同的视频图像。

  二、CCD工业相机分辨率的选择:

  评估相机分辨率的指标是水平分辨率,其单位为线对,即成像后可以分辨的黑白线对的数目。常用的黑白相机的分辨率一般为380-600,彩色为380-480,其数值越大成像越清晰。一般的监视场合,用400线左右的黑白相机就可以满足要求。而对于医疗、图像处理等特殊场合,用600线的相机能得到更清晰的图像。

  三、CCD工业相机成像灵敏度:

  通常用最低环境照度要求来表明相机灵敏度,黑白相机的灵敏度大约是0.02-0.5Lux,彩色相机多在1Lux以上。0.1Lux的相机用于普通的监视场合;在夜间使用或环境光线较弱时,推荐使用0.02Lux的相机。与近红外灯配合使用时,也必须使用低照度的相机。

  四、CCD工业相机外同步与外触发:

  外同步是指不同的视频设备之间用同一同步信号来保证视频信号的同步,它可保证不同的设备输出的视频信号具有相同的帧、行的起止时间。为了实现外同步,需要给相机输入一个复合同步信号(C-sync)或复合视频信号。外同步并不能保证用户从指定时刻得到完整的连续的一帧图像,要实现这种功能,必须使用一些特殊的具有外触发功能的相机。

  五、CCD工业相机光谱响应特性:

  CCD器件由硅材料制成,对近红外比较敏感,光谱响应可延伸至1.0um左右。夜间隐蔽监视时,可以用近红外灯照明,人眼看不清环境情况,在监视器上却可以清晰成像。由于CCD传感器表面有一层吸收紫外的透明电极,所以CCD对紫外不敏感。彩色相机的成像单元上有红、绿、兰三色滤光条,所以彩色相机对红外、紫外均不敏感。

  工业相机白平衡知识

  简单地说白平衡就是无论环境光线如何,仍然把“白”定义为“白”的一种功能。由于CCD传感器本身没有这种功能,因此就有必要对它输出的信号进行一定的修正,这种修正就叫做白平衡。

  颜色实质上就是对光线的解释,在正常光线下看起来是白颜色的东西在较暗的光线下看起来可能就不是白色,还有荧光灯下的“白”也是“非白”。对于这一切如果能调整白平衡,则在所得到的照片中就能正确地以“白”为基色来还原其他颜色。所以白平衡控制就是通过图像调整,使在各种光线条件下拍摄出的照片色彩和人眼所看到的景物色彩完全相同。

  工业相机内部有三个CCD电子耦合元件,他们分别感受蓝色、绿色、红色的光线,在预置情况下这三个感光电路电子放大比例是相同的,为1:1:1的关系,白平衡的调整就是根据被调校的景物改变了这种比例关系。比如被调校景物的蓝、绿、红色光的比例关系是2:1:1(蓝光比例多,色温偏高),那么白平衡调整后的比例关系为1:2:2,调整后的电路放大比例中明显蓝的比例减少,增加了绿和红的比例,这样被调校景物通过白平衡调整电路到所拍摄的影像蓝、绿、红的比例才会相同。也就是说如果被调校的白色偏一点蓝,那么白平衡调整就改变正常的比例关系减弱蓝电路的放大,同时增加绿和红的比例,使所成影像依然为白色。

  相机白平衡这一参数可用来调节图像中红色和蓝色的色度,以得到逼真的色彩。可通过手动或自动方式控制这些值。自动白平衡功能提供两种操作模式:

  自动:对视频数据流持续实施白平衡操作。

  单触:只触发一次调节过程。

  普通的多媒体相机只提供一个白平衡参数,所以增加红色色值会减少蓝色色值,反之亦然。

  以下是相关网友的提问:

  1、工业视觉相机品牌有哪些?

  工业相机是机器视觉系统的重要组成部分之一,在机器视觉系统中有着非常重要的作用。工业相机不管是在功能特点还是 在使用性能方面,相比普通相机都有着绝对的优势。

  1、工业相机的性能强劲,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,可在较恶劣的环境下使 用。

  2、工业相机的快门时间可以很短,曝光可以全局曝光,可以抓拍高速运动的物体。工业相机的快门时间一般可以从1/ 100000秒~10秒的范围内调整,配合机器视觉光源、及频闪控制器,可以将快门时间设置在微秒级,而全局曝光,可以有效解 决拖影等问题。

  3、工业相机的图像传感器是逐行扫描的,逐行扫描的图像传感器生产工艺比较复杂,成品率低,出货量少,世界上只有 少数公司能够提供这类产品,

  4、工业相机的帧率远远高于普通相机。工业相机根据相机分辨率不同,每秒可以拍摄几张到几百张图片,甚至成千上万 张图片,而民用相机只能拍摄几张图像,相差较大。

  5、工业相机通常输出的是裸数据(raw data),其光谱范围也往往比较宽,比较适合进行高质量的图像处理算法。

  2、工业相机镜头C接口和CS接口的区别

  C接口与CS接口

  C接口与CS接口的区别在于镜头与摄像机接触面至镜头焦平面

  (摄像机CCD光电感应器应处的位置)的距离不同,C接口的距离

  为17.526mm,CS型接口此距离为12.5mm。

  多数安防相机使用的为CS口,而工业相机以C接口为主。

  3、工业相机发烫是什么原因造成的?

  工业相机的的尺寸相对来说比较小, 一般都是29*29*29(mm)的尺寸, 当然还有尺寸更加小的 20*20*20(mm)的那种

  你可以做实际测试, 29mm 相机 , 如果功耗在2.5W , 工作半小时, 相机温度会上升到41°(环境温度是20°), 如果功耗到3.5W ,相机温度会上升到56°, 这个时候是已经烫手了

  当然相机发烫, 可能本身设计就存在缺陷,没有办法长时间工作1~3年时间, 估计就工作到6~12月吧

  有时候发烫是,相机内部器件损坏了,

  总而言之, 如果两款相机在一起工作对比, 一个发烫,一个不发烫, 一定优选不发烫的那块相机