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机器视觉系统工业相机选型及搭建及分辨率如何正确选择

来源:加一伟业 发布日期:2019-07-13

  视觉系统就是用机器代替人眼来做测量和判断。相信很多用户在初次接触到机器视觉时,面对如何将自己的项目需求与视觉系统众多的参数进行对应,感到非常困惑,今天华周小编主要从项目角度出发,讲解如何将项目需求转换为对视觉系统的参数要求。

  一般的视觉系统包含工业相机、工业镜头、视觉光源、图像处理软件、传感器、运动及控制装置等,在有项目检测需求,并进行选型前,需要明确,本次项目预计的结构(包括安装环境、工位数量、可安装设备空间)、是否运动、需要检测的精度、检测速度、软件开发的语言和工具、是否借助第三方工具等,下面华周小编开始详细介绍如何进行选型,主要针对机器视觉部分,将这些需求细化与参数结合。

  常见的选型顺序是工业相机->工业镜头->视觉光源->外围设备……

  工业相机(针对面阵/线阵相机)

  1、面阵相机/线阵相机

  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;

  2、分辨率

  分辨率实际就是指相机像素点的个数,也就是通常说的多少万像素,但在检测时,并不一定要追求过高的像素,像素高会带来帧率下降、图像处理慢的情况,选择时可根据项目检测精度要求来选择,项目的精度在图像中占1个像素为基本要求,软件水平弱一些的工程师可以选择3个像素或以上;

  3、帧率

  尽可能选取静止检测,这样整个项目成本都会降低很多,但是会带来检测效率的下降,对于有运动的,选用帧曝光相机,行曝光相机则会引起画面变形,对于具体帧率的选择,不应盲目的选择高速相机,虽然高速相机帧率高,但是一般需要外加强光照射,带来的高成本以及图像处理速度也压力巨大,需要根据相对运动速度来定,只要在检测区域内,能捕捉到被测物即可,比如观测长度方向1米的视野,被测物以10米/秒的运动速度穿过视野,只需要10-12帧/秒的速度就完全可以捕捉到被测物,但同样速度穿过0.1米的视野,则需要100-120帧/秒的相机才行。

  4、色彩

  工业上的视觉检测,一般我们都推荐使用黑白相机,因为软件处理一般都是转换为灰度数据来处理,并且工业上的彩色相机都是经过Bayer算法转换的彩色,与真实色彩还是有一定的差距;

  5、芯片类型、大小及像素尺寸

  就目前行业现状来看,对于图像质量要求较高,或者环境照度较差的情况下,建议使用CCD传感器并选择较大像素尺寸的相机,当然随着行业的发展CCD和CMOS之间差距也在逐步减小,CMOS则改变分辨率(ROI)更加灵活,同样分辨率,速率也更高。

  除了以上参数,在确定相机之前,最好测试确认相机是否支持项目要求的开发语言或者开发工具,是否兼容使用到的Baumer、illunis、Cogenx等第三方工具。

  想了解机器视觉更多资讯的小伙伴可以关注我们官网哦!

  视觉系统就是用机器代替人眼来做测量和判断。相信很多用户在初次接触到机器视觉时,面对如何将自己的项目需求与视觉系统众多的参数进行对应,感到非常困惑,今天华周小编主要从项目角度出发,讲解如何将项目需求转换为对视觉系统的参数要求。

  一般的视觉系统包含工业相机、工业镜头、视觉光源、图像处理软件、传感器、运动及控制装置等,在有项目检测需求,并进行选型前,需要明确,本次项目预计的结构(包括安装环境、工位数量、可安装设备空间)、是否运动、需要检测的精度、检测速度、软件开发的语言和工具、是否借助第三方工具等,下面华周小编开始详细介绍如何进行选型,主要针对机器视觉部分,将这些需求细化与参数结合。

  常见的选型顺序是工业相机->工业镜头->视觉光源->外围设备……

  工业相机(针对面阵/线阵相机)

  1、面阵相机/线阵相机

  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;

  2、分辨率

  分辨率实际就是指相机像素点的个数,也就是通常说的多少万像素,但在检测时,并不一定要追求过高的像素,像素高会带来帧率下降、图像处理慢的情况,选择时可根据项目检测精度要求来选择,项目的精度在图像中占1个像素为基本要求,软件水平弱一些的工程师可以选择3个像素或以上;

  3、帧率

  尽可能选取静止检测,这样整个项目成本都会降低很多,但是会带来检测效率的下降,对于有运动的,选用帧曝光相机,行曝光相机则会引起画面变形,对于具体帧率的选择,不应盲目的选择高速相机,虽然高速相机帧率高,但是一般需要外加强光照射,带来的高成本以及图像处理速度也压力巨大,需要根据相对运动速度来定,只要在检测区域内,能捕捉到被测物即可,比如观测长度方向1米的视野,被测物以10米/秒的运动速度穿过视野,只需要10-12帧/秒的速度就完全可以捕捉到被测物,但同样速度穿过0.1米的视野,则需要100-120帧/秒的相机才行。

  4、色彩

  工业上的视觉检测,一般我们都推荐使用黑白相机,因为软件处理一般都是转换为灰度数据来处理,并且工业上的彩色相机都是经过Bayer算法转换的彩色,与真实色彩还是有一定的差距;

  5、芯片类型、大小及像素尺寸

  就目前行业现状来看,对于图像质量要求较高,或者环境照度较差的情况下,建议使用CCD传感器并选择较大像素尺寸的相机,当然随着行业的发展CCD和CMOS之间差距也在逐步减小,CMOS则改变分辨率(ROI)更加灵活,同样分辨率,速率也更高。

  除了以上参数,在确定相机之前,最好测试确认相机是否支持项目要求的开发语言或者开发工具,是否兼容使用到的Baumer、illunis、Cogenx等第三方工具。

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  如何正确选择工业相机的分辨率?

  如何选择工业相机的分辨率?首先要清楚明白自己要检测的目的:是静态拍照还是动态拍照?拍照的频率是多少?是做缺陷检测还是尺寸测量?是定位或者产品的大小(视野)是多少?需要达到多少精度?所用软件的性能、现场环境情况如何、有没有其它的特殊要求等都要考虑的因素。

  如果是动态拍照,运动速度是多少?根据运动速度选择最小曝光时间以及是否需要逐行扫描的相机;而相机的帧率跟像素有关,通常分辨率越高帧率越低,不同品牌的工业相机的帧率略有不同。

  根据检测任务的不同、产品的大小、需要达到的分辨率以及所用软件的性能可以计算出所需工业相机的分辨率;另外现场环境最要考虑的是温度、湿度、干扰情况以及光照条件来选择不同的工业相机。

  首先考虑待观察或待测量物体的精度,根据精度选择分辨率。相机像素精度=单方向视野范围大小/相机单方向分辨率。则相机单方向分辨率=单方向视野范围大小/理论精度。若单视野为5mm长,理论精度为0.02mm,则单方向分辨率=5/0.02=250。然而为增加系统稳定性,不会只用一个像素单位对应一个测量/观察精度值,一般可以选择倍数4或更高。这样该相机需求单方向分辨率为1000,选用130万像素已经足够。

  其次看工业相机的输出,若是体式观察或机器软件分析识别,分辨率高是有帮助的;若是VGA输出或USB输出,在显示器上观察,则还依赖于显示器的分辨率,工业相机的分辨率再高,显示器分辨率不够,也是没有意义的;利用存储卡或拍照功能,工业相机的分辨率高也是有帮助的。

  例:如我们的检测任务是尺寸测量,产品大小是18mm*10mm,精度要求是0.01mm,流水线作业,检测速度是10件/秒,现场环境是普通工业环境,不考虑干扰问题。

  首先我们知道是流水线作业,速度比较快,因此选用逐行扫描相机;视野大小我们可以设定为20mm*12mm(考虑每次机械定位的误差,将视野比物体适当放大),假如我们能够取到很好的图像(比如可以打背光),而且我们软件的测量精度可以考虑1/2像素精度,那么我们需要的相机分辨率就是20/0.01/2=1000pixcel(像素),另一方向是12/0.01/2=600pixcel,也就是说我们相机的分辨率至少需要1000*600pixcel,帧率在10帧/秒,因此选择1024*768像素(软件性能和机械精度不能精确的情况下也可以考虑1280*1024pixcel),帧率在10帧/秒以上的即可。

  一般高速相机指的是数字工业相机,其一般安装在机器流水线上代替人眼来做测量和判断,通过数字图像摄取目标转换成图像信号,传送给专用的图像处理系统,图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征,进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。广泛应用于生产检测、制药、印刷、电子、电气制造、以及更高要求的行业。如开发金属材料及树脂材料时,用来观察材料受到冲击时内部裂纹产生的方向、状态等,可用来分析材料被破坏时物质的结构。

  包装和标签行业的印刷过程中,能够实时检测到高速印刷中非常细微的印刷缺陷。发现印刷缺陷可以为生产提供有价值的信息,以便在生产过程中采取措施,减少最终的损失。各种印刷中常见的缺陷如划痕、灰尘、漏印、墨痕和褶皱等都可以轻松被检测出来。不但提高投资回报和减少废品发出,更提高了客户满意度和信任度。

  在开发产品和验证产品等方面,数字工业相机对被摄物的大小没有限制,根据镜头的条件,既可拍摄一般物质,也可用于显微镜摄影。

  以上就是选择合适的工业相机的分辨率时要注意的问题,希望以上内容对大家有帮助,想了解更多资讯,关注加一伟业官网。

  以下是相关网友的提问:

  1、如何选择工业相机的视觉光源?

  机器视觉系统随着工业自动化的发展,被广泛的应用于工业检测中,工业检测应用于识别、表面质量、图像处理、图像采集等。

  一个完整的机器视觉系统包括:工业相机、光源、图像采集卡、图像采集软件等。

  告诉大家如何选择合适的机器视觉光源呢?要注意一下几点:

  1、亮度:在两种光源中选择时,最佳的选择是更亮的那个。

  当光源不够亮时,可能有三种不好的情况会出现。

  第一,工业相机的信噪比不够;由于光源的亮度不够,图像的对比度必然不够,在图像上出现噪声的可能性也随即增大。

  第二,光源的亮度不够,必然要加大光圈,从而减小了景深。

  第三,当光源的亮度不够的时候,自然光等随机光对系统的影响会最大。

  2、光源均匀性:不均匀的光会造成不均匀的反射。均匀关系到三个方面。

  第一,对于视野,在摄像头视野范围部分应该是均匀的。简单的说,图像中暗的区域就是缺少反射光,而亮点就是此处反射太强了。

  第二,不均匀的光会使视野范围内部分区域的光比其他区域多。从而造成物体表面反射不均匀(假设物体表面的对光的反射是相同的)。

  第三,均匀的光源会补偿物体表面的角度变化,即使物体表面的几何形状不同,光源在各部分的反射也是均匀的。

  3、光谱特征:光源的颜色及测量物体表面的颜色决定了反射到摄像头的光能的大小及波长。

  白光或某种特殊的光谱在提取其他颜色的特征信息时可能使比较重要的因素。当分析多颜色特征的时候,选择光源的时候,色温是一个比较重要的因素。

  4、寿命特性:光源一般需要持续使用。为使图像处理保持一致的精确,视觉系统必须保证长时间获得稳定一致的图像。

  5、对比度:对比度对机器视觉来说非常重要。机器视觉应用的照明的最重要的任务就是使需要被观察的特征与需要被忽略的图像特征之间产生最大的对比度,从而易于特征的区分。

  对比度定义为在特征与其周围的区域之间有足够的灰度量区别。好的照明应该能够保证需要检测的特征突出于其他背景。

  2、工业网络相机怎么选型?

  工业相机不同于传统相机的主要特点就是它主要在工业方面使用,它的特点及时传输性高,而且鼻尖稳定,抗干扰能力强。因为其工业生产的特殊性,相机的使用一般都是长时间的使用,这样对于相机的要求也就更高了。而且作为生产中的一个重要环节,它主要采集影像与系统的运作方式也是相关联的。

  工业相机在价格方面属于中等,因为它的特殊性,要求分辨率高、连续性高,而且还需要具有存储性,方便记录的查询。