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工业相机选型必须知道的11个问题及USB+HDMI双接口工业相机显微镜成像系统

来源:加一伟业 发布日期:2019-10-24

  工业相机选型必须知道的11个问题】

  相比普通拍照相机而言,工业相机在图像稳定性、抗干扰能力和传送数据方面有着更高的优势,是组成机器视觉系统的核心部分,工业相机的整体性能好坏决定着机器视觉系统的稳定性。

  维视自主生产的每款工业相机都有许多参数可以供客户选择,也有许多型号可供参考,那么我们如何帮助客户在相机选型方面如何更好地选择呢?

  首先判断机器视觉应用需求,根据视野范围和检测精度来决定相机的分辨率,根据被拍摄物体的速度是静止还是运动,来确定使用CCD或CMOS,根据拍摄图像的单位时间要求来确定相机帧率。根据项目现场环境来确定使用什么连接方式如USB或千兆网等。

  相机选型时注意的参数:

  1、相机类型

  对于静止检测或者一般低速的检测,优先考虑面阵相机,对于大幅面高速运动或者滚轴等运动的特殊应用考虑使用线阵相机。根据检测的速度,选择相机的帧率一定要大于物体运动的速度,一定要在相机的曝光和传输时间内完成。

   2、相机分辨率

  假如项目的测量精度与视野大小,那么我们选择的相机像素计算关系如下:

  相机分辨率(L/W)≥视场(L/W)/精度。假如项目要求视野是100mm*75mm,精度要求为0.05mm,则相机的像素长为100/0.05=2000PIX,也就是需要2000*1500=3000000=300万像素的相机。这仅仅只是相机的像素精度,并不代表整个系统的精度就有如此高,还有其它的精度也要考虑,如镜头的分辨率,系统的抖动,光源的波长等等。

  相机像素精度一定要高于系统所要求的精度,才能有实际的测量意义,亚像素的精度提升在实际测量中并没有太多影响,不能从根本上解决精度不足的问题。一般来说,如果条件允许,我们会要求将相机的分辨率提升一个数量级或者是将相机的像素精度提高一个数量级。

  如上面的例子中,项目要求的测量精度要求为0.05mm,那么我们的相机精度至少有0.05mm/Pixel,能达到0.005mm/Pixel就很理想了。但是提高到0.005mm/Pixel,则长方向需要20000像素,宽方向需要15000像素,这样相机的像素需要30000万像素,这样的面阵相机分辨率,目前基本上是不可能达到的。

  因此,我们可以考虑使用如16K的线阵相机等,或者是将视野缩小变成50*37.5mm,将原来的100*75mm的视野分成四个区域进行拍摄,可以用一个相机运动四次或四个相机分别拍摄的方法实现。

   3、相机帧率

  相机的帧率决定着设备的测量效率,如相机的帧率是30FPS,则每秒钟最多拍摄30次。而如果相机的速度是120FPS,如果算法够快,那么每秒钟最多检测120个产品。

  通常来说,相机的分辨率越低,同样的接口,帧率也会越高,而分辨率越高,帧率也会越低。帧率*分辨率≤总线带宽,即在接口一定(总线带宽已经确定),分辨率一定时,帧率也是有其最大值的。即要想相机的分辨率快,又要想相机的帧率高,那么就需要找更大带宽的总线,也就是相机的输出接口。

  4、相机输出接口

  同等像素条件下,各种接口的总线其相机帧率是不一样的,一般来说Camera

  Link>USB3>GIGE>1394B>USB2,1394A。现在最快的是Camera

  Link总线,USB3的理论速度达到了5Gbps即640MB,实际表现来看,应该有80%的有效带宽,即有512M左右的总带宽可供实际传输,这样如果一个500万像素的相机,每幅图像5M,那么也可能达到100帧每秒,速度也非快了。而对于GIGE千兆网相机,500万像素的相机,较快的可以做到23FPS。1394B的500万像素相机可以做到13FPS,USB2,1394A一般为5~6帧的样子。

  5、相机的曝光时间

  相机的最小曝光时间,可以决定目标的运动速度。或者反过来说,目标的运动速度,对相机的最小曝光时间提出了要求。假设我们的目标运动速度是1mm/S,我们的测量精度是0.01mm/pixel,那么我们必须考虑,物体的运动引起的拖影必须要小于我们的精度0.01mm,目标移动0.01mm,需要用时10ms,这就要求我们的相机的曝光时间必须小于10ms,如果大于这个曝光时间,那么仅仅物体运动引起的模糊就会大于0.01,这时我们的精度已经无法达到0.01了。

  通常来说,物体运动引起的模糊应该比我们要求的测量精度小一个数量级,这样可以减少其对系统的影响,一般我们的工业相机最快曝光时间可以达到几十至一百多微秒的样子。如此短的曝光时间,对光能量要求比较大,因此需要选择合适的光源与光源控制器。

  6、相机的颜色

  通常机器视觉项目中我们选择黑白相机,只有需要测量彩色图像时才会考虑彩色相机,这是因为在机器视觉中黑白图像的算法本身要多许多,黑白相机使用单色光源成像质量上也要比彩色相机使用复合白光的质量要好。

  7、传感器类型

  如果拍摄目标是静态不动的,为了节约成本,可考虑使用CMOS相机,而如果目标是运动的,则优先考虑CCD相机。如果是需要高速采集的,这里指的高速是很高的采集速度,而非指很高的运动速度,可以考虑CMOS相机,因为CMOS的采集速度会优于CCD。如果需要高质量的图像,如进行尺寸测量,可以考虑CCD,在小尺寸的传感器里,CCD的成像质量还是要优于CMOS的。

  8、传感器尺寸

  通常传感器的尺寸与所选择的像素是对应的,如30W通常是1/3’的,130W~500W是1/2’的,有些500W也有2/3’的。有些30W的也有1/4’的。如果是同等价位,那么我们优先选择传感器尺寸大的。

  传感器尺寸大,在同样的像素密度下,像元尺寸也会大,这样会增加每个像元的感光面积,对提高图像的质量有益。传感器的尺寸,还能决定视野大小与工作距离。在同样的工作距离、同样的镜头下,传感器尺寸大,可以拍摄更大的视野。

  9、相机的触发方式

  软件触发模式:对动态检测以及产品通过连续运动触发信号的时候可以选择。

  硬件触发模式:对高速动态检测以及产品通过高速运动触发信号的时候选择。

  连续采集模式:对静态检测以及产品连续运动不能够触发信号的时候选择。

  10、相机镜头接口

  一般的相机都是C/CS接口的,需要注意与镜头的对应。如果有其它接口的镜头,也要考虑相机的接口。不过目前工业用的CCTV基本上以C接口多,即使是CS接口的工业相机,也可以加5mm接圈,变成C接口,以适应不同的C接口的工业镜头。

  11、视觉平台

  通常选择PC-BASED平台,即以PC为平台的视觉系统,但是如果有必要,我们也可以考虑使用整体成本较低的CHECK。

  维视智造是国内专业的人工智能与机器视觉解决方案提供商,面向制造业企业生产线构建商、系统集成商和设备供应商,提供机器视觉技术产品的设计、研发、生产和销售。产品包括工业视觉部件、远心光学产品、智能视觉系统和设备,柔性视觉质量检测等,为客户提供一站式机器视觉整体解决方案。

  【USB+HDMI双接口工业相机显微镜成像系统】

  XPC236系列多输出相机的HDMI端基本特性

  XPC236-HDMI相机是一款包含多种方式输出(HDMI+SD卡的USB接口,这里XCAM的X表示多接口的意思)的CMOS相机,它采用超高性能的CMOS传感器。相机即可以直接连接到HDMI显示器,还可以同时连接到电脑,更可以将图像同视频保存在SD卡中供现场分析与后继研究。

  XPC236-HDMI相机最大的特点是相机本身就是一款内嵌ARM核,可以将控制相机的各项功能以控制面板的形式直接显示在HDMI显示器上,更进一步,用户可以用USB鼠标接口的鼠标直接对相机的各项参数进行操控。另外HDMI显示界面底部还有各种工具条按钮供用户进行操作。

  XPC236系列多输出相机的USB端基本特性

  将鼠标拔下,将该USB接口连接到电脑,则该XPC236-HDMI相机又是一台USB接口相机,用户可以用随机软件ToupView或ToupLite直接实现对相机的硬件控制。XPC236-HDMI相机可以用于工具现场检测、显微镜观测等同时可以进行拍照、测量、视频录制等功能。

  l 采用高灵敏度CMOS传感器的C接口相机;

  l HDMI & USB可实现同时输出;

  l 内嵌鼠标控制软件XCamView;

  l 内嵌图像捕获与视频录像到SD卡的功能;

  l 内嵌鼠标操控的控制面板;

  l 内嵌缩放、镜像、比较、冻结、十字丝、浏览等鼠标操控工具条;

  l 内嵌图像、视频浏览,显示与播放功能;

  l Ultra-Fine颜色引擎确保颜色精准再现;

  l 随相机提供高级视频与图像处理应用软件ToupView;

  l 提供Windows/Linux/OSX多平台标准UVC SDK;

  l CNC外壳一次成型设计与加工;

  XPC236-HDMI相机接口及其背面接口

  XPC236-HDMI相机外形不同视角图

  XPC236-HDMI相机参数表

  XPC系列相机尺寸

  以下是相关网友的提问:

  1、高清ccd工业相机怎么选型?

  1、面阵CCD工业相机:

  允许拍摄者在任何快门速度下一次曝光拍摄移动物体。

  2、线阵CCD工业相机:

  用一排像素扫描过图片,做三次曝光——分别对应于红、绿、蓝三色滤镜,正如名称所表示的,线性传感器是捕捉一维图像。初 期应用于广告界 拍摄静态图像,线性阵列,处理高分辨率的图像时,受局限于非移动的连续光照的物体。

  3、三线传感器CCD工业相机:

  在三线传感器中,三排并行的像素分别覆盖 RGB滤镜,当捕捉彩色图片时,完整的彩色图片由多排的像素来组合成。三线CCD传 感器多用于高端 数码相机,以产生高的分辨率和光谱色阶。

  4、交织传输CCD工业相机:

  这种传感器利用单独的阵列摄取图像和电量转化,允许在拍摄下一图像时在读取当前图像。交织传输CCD通常用于低端数码相机 、摄像机和拍摄 动画的广播拍摄机。

  5、全幅面CCD工业相机:

  此种CCD 具有更多电量处理能力,更好动态范围,低噪音和传输光学分辨率,全幅面CCD 允许即时拍摄全彩图片。全幅面 CCD由 并行浮点寄存器 、串行浮点寄存器和信号输出放大器组成。

  2、怎样把工业相机装到体视显微镜上

  显微镜有很多种 常见的显微镜,如:LJ-SZM 实体显微镜,三目显微镜LJ-ST03,LJ-CL01 拍照测量显微镜 这些都可以装上去的,工业相机装上体视显微镜,有二种方法,要看你的显微镜是哪款, 我经常装的。

  3、常用的工业相机的接口类型有哪些?

  图像采集设备的前端是相机接口,常用的工业相机接口有USB,GIGE,Camera Link, 1394等.

  1 USB接口

  USB接口是4针,直接输出数字图像信号。USB是串行接口,支持热插拔,连接方便。USB2.0的传输速度达到120Mbps-480Mbps.但是对于工业应用,USB接口并不是最佳选择。其一,没有工业图像传输标准;丢包率严重;传输距离短;稳定性也差。

  2 1394接口

  1394接口又称火线,最早是由美国苹果公司开发的用于计算机网络互联的接口。该接口一度为很多相机厂商所热捧,但是由于其推出初期是收费的,影响了其应用的广泛性。支持的厂商越来越少,普通计算机已经不预留1394接口了,只有在专业的工控机上才会有该接口。预计未来必然被淘汰的一种接口。

  3 Gige接口

  千兆以太网技术作为最新的高速以太网技术,给用户带来了提高核心网络效率的有效解决方案,这种解决方案的最大优点是继承了传统以太技术价格便宜的特点。

  千兆以太网技术仍然是以太技术,它采用了与10M以太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全/半双工工作方式、流控模式以及布线系统。由于该技术不改变传统以太网的桌面应用、操作系统,因此可与10M或100M的以太网很好地配合工作。升级到千兆以太网不必改变网络应用程序、网管部件和网络操作系统,能够最大程度地节约成本。