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工业相机接口标准详解 如何选择相机图像传感器类型

来源:加一伟业 发布日期:2019-08-26

  工业相机还被称作工业摄像头、工业摄像机、工业照相机等等。从其芯类型中被分为工业CCD相机和工业CMOS相机,从其信号种类里又分为工业模拟相机、工业数字相机。工业相机已经被广泛应用于工业生产线在线检测、智能交通,机器视觉,科研,军事科学,航天航空等众多领域。

  目前,市面上也出现了越来越多的工业相机品牌,相机厂商都给出了大量的相机参数,比如:相机接口、芯片类型、量子效应、帧率等。一般非行业内人士,在面对这些参数时往往会无所适从。根据长期的相机使用经验,朗锐智科为大家总结出目前使用比较广泛的工业相机接口知识!

  工业相机数据传输接口方式有很多种,包括CoaxPress、CameraLink接口、USB接口、Gige接口等。

  (1)Camera Link接口。

  1、需要单独的CameraLink接口,不便携,导致成本过高。

  2、Camera Link接口的相机,实际应用中比较少。

  3、传输速度是目前的工业相机中最快的一种总线类型。一般用于高分辨率高速面阵相机,或者是线阵相机上。

  4、传输距离近。

  (2)USB2.0接口

  1、USB2.0接口的工业相机,是最早应用的数字接口之一,开发周期短,成本低廉,是目前最为普通的类型。

  2、所有电脑都配置有USB2.0接口,方便连接,不需要采集卡;缺点是其传输速率较慢,理论速度只有480Mb(60MB)。

  3、传输速率低,糟糕的协议(Bulk-OnlyTransport(BOT)协议)与编码方式,数据只有30MB/S左右。

  4、在传输过程中CPU参与管理,占用及消耗资源较大。

  5、USB2.0接口不稳定,相机通常没有坚固螺丝,因此在经常运动的设备上,可能会有松动的危险。

  6、传输距离近,信号容易衰减。

  (3)USB3.0接口

  1、USB 3.0的设计在USB 2.0的基础上新增了两组数据总线,为了保证向下兼容,USB 3.0保留了USB 2.0的一组传输总线。

  2、在传输协议方面,USB3.0除了支持传统的BOT协议,新增了USB Attached SCSI Protocol(USAP),可以完全发挥出5Gbps的高速带宽优势。

  3、由于总线标准是近几年才发布,所以协议的稳定性同样让人担心。

  4、传输距离问题,依然没有得到解决。

  (4)GIGE千兆网接口

  1、千兆网协议稳定。

  2、千兆网接口的工业相机,是近几年市场应用的重点。使用方便,连接到千兆网卡上,即能正常工作。

  3、需要注意一些特殊的细节,如早期的NI的软件,可能对千兆网卡的芯片有要求,需要使用INTEL的芯片才可以正常驱动GIGE相机,而使用如Realtek的芯片网卡,就无法响应。

  4、在千兆网卡的属性中,也有与1394中的Packet Size类似的巨帧。设置好此参数,可以达到更理想的效果。

  5、传输距离远,可传输100米。

  6、可多台同时使用,CPU占用率小。

  如何选择工业相机图像传感器类型?

  1、根据测量对象与测量环境确定传感器的类型

  要进行—个具体的测量工作,首先要考虑采用何种原理的传感器,同时需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题:量程的大小;被测位置对传感器体积的要求;测量方式为接触式还是非接触式;信号的引出方法,有线或是非接触测量。在考虑上述问题之后就能确定选用何种类型的传感器,然后再考虑传感器的具体性能指标。

  2、灵敏度的选择

  通常,在传感器的线性范围内,希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时,与被测量变化对应的输出信号的值才比较大,有利于信号处理。但要注意的是,传感器的灵敏度高,与被测量无关的外界噪声也容易混入,也会被放大系统放大,影响测量精度。

  3、频率响应特性

  传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围,超声波流量计必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件,实际上传感器的响应总有—定延迟,希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高,可测的信号频率范围就宽,而由于受到结构特性的影响,机械系统的惯性较大,因有频率低的传感器可测信号的频率较低。在动态测量中,应根据信号的特点( 稳态、瞬态、随机等)响应特性,以免产生过火的误差。

  4、线性范围

  传感器的线形范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲,在此范围内,灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽,则其量程越大,并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时,当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上,任何传感器都不能保证绝对的线性,其线性度也是相对的。当所要求测量精度比较低时,在一定的范围内,可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的,这会给测量带来极大的。

  以下是相关网友的提问:

  1、工业数字相机接口标准的介绍是什么?求指教

  面对市面上出现的越来越多的工业相机品牌,各相机厂商都给出了大量的相机参数,例如:相机接口、芯片类型、量子效应、帧率等。一般非行业内人士,在面对这些参数时往往会无所适从。美国TEO深圳市迪奥科技有限公司根据长期的相机使用经验,同时结合这么多年和客户接触的情况,为大家总结出目前使用比较广泛的工业相机接口知识!

  目前,工业相机数据传输接口方式有很多种,包括CoaxPress、CameraLink接口、USB接口、Gige接口等。

  2、如何选择相机?是不是像素越高,照相就越好?

  像素只能决定输出照片的幅面大小,不是影响成像画质的主要条件,也不是选择数码相机的主要因素。 首先看一下像素与照片大小的关系:

  冲印3R、4R照片300万已经足够;

  打印A4幅面的照片就要500万左右;

  打印或喷绘A3以上幅面的(有挂历大小了)照片,有800万像素也足够了。1200万像素足够打印或喷绘A1以上幅面的(A1 - 594X841 mm)照片。 由此可见,如果不是广告行业使用,1千万像素的照片就已经超越家庭使用的需求了。

  在感光元件面积尺寸一定的情况下,配置像素有一定的极限值,如果超出这个极限值,感光元件容易产生电子热漂移效应等不良影响,反而会导致成像画质下降。

  家用数码相机使用的感光元件(CCD)目前最大面积只不过是1/1.7英寸左右。就目前的制造工艺水平来说,在此面积大小的CCD上,设计为1200W像素以下是恰如其分的。有部分新机型升级到了1500W像素,已经属于开始超出CCD的像素容纳极限了 --- 反而存在因为容易出现“电子热漂移”现象,致使噪点增多、画质下降的可能性。 所以,盲目追求高像素是既无必要,也不明智的。

  目前市场上3千多元的消费类顶级机型,比如佳能的G系列、松下的LX 系列,配置的感光元件均为1千万像素左右 --- 目的就是追求高画质。