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浅析工业相机的选型规则 机器视觉应用中各种光源的作用及特点

来源:加一伟业 发布日期:2019-10-16

  【浅析工业相机的选型规则】

  工业相机

  工业相机的选型规则

  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AFT-808小型高清工业相机为有序的电信号。选择合适的相机也是机器视觉系统设计中的重要环节,相机不仅是直接决定所采集到的图像分辨率、图像质量等,同时也与整个系统的运行模式直接相关。

  在机器视觉系统应用中,工业相机、工业镜头图像采集卡机器视觉光源、机器视觉系统平台软件,在选择过程中存在很多问题,那么今天就工业相机、工业CCD摄像头的选择,给大家介绍一些经验。

  1、选择工业相机的信号类型

  从大的方面来分有模拟信号和数字信号两种类型。

  模拟相机必须有图像采集卡,标准的模拟相机分辨率很低,一般为768*576,另外帧率也是固定的,25帧每秒。另外还有一些非标准的信号,多为进口产品,那么成本就是比较高了,性价比很低。所以这个要根据实际需求来选择。另外模拟相机采集到的是模拟信号,经数字采集卡转换为数字信号进行传输存储。模拟信号可能会由于工厂内其他设备(比如电动机或高压电缆)的电磁干扰而造成失真。随着噪声水平的提高,模拟相机的动态范围(原始信号与噪声之比)会降低。动态范围决定了有多少信息能够被从相机传输给计算机。工业数字相机采集到的是数字信号,数字信号不受电噪声影响,因此,数字相机的动态范围更高,能够向计算机传输更精确的信号。

  2、工业相机的分辨率需要多大。

  根据系统的需求来选择相机分辨率的大小,下面以一个应用案例来分析。

  应用案例:假设检测一个物体的表面划痕,要求拍摄的物体大小为10*8mm,要求的检测精度是0.01mm。首先假设我们要拍摄的视野范围在12*10mm,那么相机的最低分辨率应该选择在:(12/0.01)*(10/0.01)=1200*1000,约为120万像素的相机,也就是说一个像素对应一个检测的缺陷的话,那么最低分辨率必须不少于120万像素,但市面上常见的是130万像素的相机,因此一般而言是选用130万像素的相机。但实际问题是,如果一个像素对应一个缺陷的话,那么这样的系统一定会极不稳定,因为随便的一个干扰像素点都可能被误认为缺陷,所以我们为了提高系统的精准度和稳定性,最好取缺陷的面积在3到4个像素以上,这样我们选择的相机也就在130万乘3以上,即最低不能少于300万像素,通常采用300万像素的相机为最佳(我见过最多的人抱着亚像素不放说要做到零点几的亚像素,那么就不用这么高分辨率的相机了。比如他们说如果做到0.1个像素,就是一个缺陷对应0.1个像素,缺陷的大小是由像素点个数来计算的,试问0.1个像素的面积怎么来表示?这些人以亚像素来忽悠人,往往说明了他们的没有常识性)。换言之,我们仅仅是用来做测量用,那么采用亚像素算法,130万像素的相机也能基本上满足需求,但有时因为边缘清晰度的影响,在提取边缘的时候,随便偏移一个像素,那么精度就受到了极大的影响。故我们选择300万的相机的话,还可以允许提取的边缘偏离3个像素左右,这就很好的保证了测量的精度。

  3、选择工业相机的芯片。

  从芯片上分,有CCD和CMOS两种。

  如果要求拍摄的物体是运动的,要处理的对象也是实时运动的物体,那么当然选择CCD芯片的相机为最适宜。但有的厂商生产的CMOS相机如果采用帧曝光(全局曝光)的方式的话,也可以,虽然是CMOS芯片,但在拍摄运动物体时绝不比CCD的差,又假如物体运动的速度很慢,在我们设定的相机曝光时间范围内,物体运动的距离很小,换算成像素大小也就在一两个像素内,那么选择普通滚动曝光的CMOS相机也是合适的。因为在曝光时间内,一两个像素的偏差人眼根本看不出来(如果不是做测量用的话),但超过2个像素的偏差,物体拍出来的图像就有拖影,这样就不能选择普通滚动曝光的CMOS相机了。 目前很多高品质的CMOS相机完全可以替代CCD用在高精度,高速的情况下,SONY甚至都以及停产CCD了,CMOS将是主流选择。

  4、工业相机选择彩色还是黑白。

  如果我们要处理的是与图像颜色有关,那当然是采用彩色相机,否则建议你用黑白的,因为黑白的同样分辨率的相机,精度比彩色高,尤其是在看图像边缘的时候,黑白的效果更好。尤其做图像处理,黑白工业相机得到的是灰度信息,可直接处理。

  5、工业相机的帧率。

  根据要检测的速度,选择相机的帧率一定要大于或等于检测速度,等于的情况就是你处理图像的速度一定要快,一定要在相机的曝光和传输的时间内完成。

  6、选择线阵还是面阵的工业相机。

  对于检测精度要求很高,运动速度很快,面阵相机的分辨率和帧率达不到要求的情况下,当然线阵是必然的一个选择。

  7、选择工业相机的传输接口。

  根据传输的距离、传输的数据大小(带宽)选择USB2.0/3.0、1394、Camerlink、GIGE千兆网接口等相机。

  8、工业相机的CCD/CMOS靶面。

  靶面尺寸的大小会影响到镜头焦距的长短,在相同视角下,靶面尺寸越大,焦距越长。在选择相机时,特别是对拍摄角度有比较严格要求的时候,CCD/CMOS靶面的大小,CCD/CMOS与镜头的配合情况将直接影响视场角的大小和图像的清晰度。因此在选择CCD/CMOS尺寸时,要结合镜头的焦距、视场角一起选择,一般而言,选择CCD/CMOS靶面要结合物理安装的空间来决定镜头的工作距离是否在安装空间范围内,要求镜头的尺寸一定要大于或等于相机的靶面尺寸。

  9、工业相机的价格。

  同样参数的相机,不同的厂家价格各不相同,这就靠大家与厂家沟通和协商了。一般说来,如果你有量的话,整体价格跟你单买一个的价格是差别很大的。

  10、选择有实力的工业相机厂家。

  工业相机最主要的就是看采集到的图像效果,好的效果即使一个完全不懂的人也能看的出来,好坏即可分辨。有条件的客户可以实际考察一下,才能够对产品了解的更透彻一些,也可看到这个公司的真正产品质量和实力。

  【机器视觉应用中各种光源的作用及特点】

  机器视觉是用机器代替人眼来做测量和判断;机器视觉系统主要包含相机、镜头、光源、图像处理系统和执行机构,以下我们介绍一下各种视觉光源的作用及特点

  1.环形光源

  LED灯珠排布成环形与圆心轴成一定夹角,有不同照射角度、不同颜色等类型,可以突出物体的三维信息;解决多方向照明阴影问题;图像出现灯影情况可选配漫射板,让光线均匀扩散。应用:螺丝尺寸缺陷检测,IC定位字符检测,电路板焊锡检查,显微镜照明等。

  2.条形光源

  LED灯珠排布成长条形。多用于单边或多边以一定角度照射物体。突出物体的边缘特征,可根据实际情况多条自由组合,照射角度与安装距离随有较好自由度。适用较大结构被测物。应用:电子元件缝隙检测,圆柱体表面缺陷检测,包装盒印刷检测,药水袋轮廓检测等。

  3.同轴光源

  经面光源采用分光镜设计。适用于粗糙程度不同、反光强或不平整的表面区域,检测雕刻图案、裂缝、划伤、低反光与高反光区域分离、消除阴影等。需要注意的是同轴光源经过分光设计有一定的光损失需要考虑亮度,并且不适用于大面积照射。应用:玻璃和塑料膜轮廓和定位检测,IC字符及定位检测,晶片表面杂质和划痕检测等。

  4.圆顶光源

  LED灯珠安装在底部通过半球内壁反射涂层漫反射均匀照射物体。图像整体的照度十分均匀,适用反光较强金属、玻璃、凹凸表面、弧形表面检测。应用:仪表盘刻度检测,金属罐字符喷码检测,芯片金线检测,电子元件印刷检测等。

  5.背光源

  LED灯珠排布成一个面(底面发光)或者从光源四周排布一圈(侧面发光)。常用于突出物体的外形轮廓特征,适用于大面积照射,背光一般放置于物体底部需要考虑机构是否适合安装,在较高的检测精度下可以加强出光平行性来提升检测精度。应用:机械零件尺寸及边缘缺陷的测量,饮料液位及杂质检测、手机屏漏光检测,印刷海报缺陷检测,塑料膜边缘接缝检测等。

  6.点光源

  高亮LED,体积小,发光强度高;多用在配合远心镜头使用,一种非直接同轴光源,检测视野较小。应用:手机内屏隐形电路检测,MARK点定位,玻璃表面划痕检测,液晶玻璃底基校正检测等

  7.线光源:

  高亮LED排布,采用导光柱聚光,光线呈一条亮带,通常用于线阵相机,采用侧向照射或底部照射,线光源也可以不使用聚光透镜让光线发散,增加照射面积也可在前段添加分光镜,转变为同轴线光源。应用:液晶屏表面灰尘检测,玻璃划痕及内部裂纹检测,布匹纺织均匀检测等。

  LED光源设计自由度高,能够满足不同的检测需求,是目前主流的视觉光源。在面对一些实际检测物体时我们应该建立怎样一种打光思路选择到合适的光源呢,以下面几个实际案例来说明。

  以下是相关网友的提问:

  1、工业相机中CCD和COMS的区别以及选择方法

  许多低档入门型的数码相机使用廉价的低档CMOS芯片,成像质量比较差。普及型、高级型及专业型数码相机使用不同档次的CCD,个别专业型或准专业型数码相机使用高级的CMOS芯片。代表成像技术未来发展的X3芯片实际也是一种CMOS芯片。

  CCD与CMOS孰优孰劣不能一概而论,但一般而言,普及型的数码相机中使用CCD芯片的成像质量要好一些。

  2CCD的坏点和修复问题

  拍摄夜景时或盖上镜头盖长时间曝光时,影像上的色点不一定都是CCD坏点,有的是噪点,CCD温度降低后会有改善,通过固件(Firmware)升级有的也能改善。

  2、机器视觉光源分类?

  机器视觉光源按形状通常可分为以下几类: 1、环形光源 环形光源提供不同照射角度、不同颜色组合,更能突出物体的三维信息;高密度LED阵列,高亮度;多种紧凑设计,节省安装空间;解决对角照射阴影问题;可选配漫射板导光,光线均匀扩散。应用领域:PCB基板检测,IC元件检测,显微镜照明,液晶校正,塑胶容器检测,集成电路印字检查 2、背光源 用高密度LED阵列面提供高强度背光照明,能突出物体的外形轮廓特征,尤其适合作为显微镜的载物台。红白两用背光源、红蓝多用背光源,能调配出不同颜色,满足不同被测物多色要求。应用领域:机械零件尺寸的测量,电子元件、IC的外型检测,胶片污点检测,透明物体划痕检测等。

  3、机器视觉光源的应用领域?

  机器视觉的应用主要有检测和机器人视觉两个方面:

  ⒈ 检测:又可分为高精度定量检测(例如显微照片的细胞分类、机械零部件的尺寸和位置测量)和不用量器的定性或半定量检测(例如产品的外观检查、装配线上的零部件识别定位、缺陷性检测与装配完全性检测)。

  ⒉机器人视觉:用于指引机器人在大范围内的操作和行动,如从料斗送出的杂乱工件堆中拣取工件并按一定的方位放在传输带或其他设备上(即料斗拣取问题)。至于小范围内的操作和行动,还需要借助于触觉传感技术。