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工业相机常用调整参数,工业相机参数知识

时间:2023-05-05 08:32:25 阅读:169229 作者:3497

工业相机的主要参数(1)分辨率

分辨率是照相机最基本的参数,由照相机采用的芯片分辨率决定,是排列在芯片靶面上的像素数量。 通常,区域阵列摄像机的分辨率用水平和垂直分辨率两个数字来表示,例如,1280 (横) x 960 (高)行,前一数字表示各行中的像素数目,以及后一数字表示像素行,即960行。 线阵相机的分辨率通常表示1k(1024 )、2 k (2048 )、4 k (4096 )等什么k? 捕获图像时,相机的分辨率对图像质量有很大的影响。 拍摄相同大小的视野(场景范围)时,分辨率越高细节展示越明显。

)二)快门模式

((三)速度)帧速率/频率) )。

(四)传感器类型

(五)靶面/像元尺寸

像素尺寸是指芯片像素阵列上的各像素的实际物理尺寸,通常的尺寸有14um、10um、9um、7um、6.45um、3.75um等。 像素尺寸在一定程度上反映了芯片对光的响应能力,像素尺寸越大,可接收的光子数越多,相同光照条件和曝光时间下产生的电荷数越多。 在弱光成像中,像素尺寸是芯片灵敏度的一个特征。

(六)信噪比

(七)动态范围

照相机的动态范围指示摄像机检测光信号的范围,动态范围可以用两种方法定义。 一个是光学动态范围,是指饱和时最大光强与噪声输出的等效光强之比,由芯片的特性决定。 另一个是电子动态范围,指饱和电压与噪声电压之比。 固定摄像机的动态范围是恒定的,不会随外界条件变化。 在线性响应中,相机的动态范围被定义为饱和曝光量与噪波等效曝光量之比。 动态范围=光接收元件的全阱容量/等效噪声信号动态范围可以用倍数、dB或Bit等方法表示。 动态范围较大时,摄像机对各种光的强度有更强的适应力。

(八)像素深度

数字照相机输出的数字信号,即像素灰度值具有特殊的位数,称为像素深度。 对于黑白照相机,该值的方位通常为8-16位。 像素的深度定义了从黑暗的道路到明亮的灰度的数量。 例如,8位摄像机0表示全暗,255表示全亮。 0~25的数字表示一定亮度的指标。 10bit数据为1024灰度,12bit为4096灰度。 在任何APP应用中,都必须仔细考虑是否需要非常细致的灰度。 从8bit上升到10bit或12bit确实会提高测量精度,但同时系统速度也会下降,系统集成的难度也会变大(电缆增加,尺寸变大)。 因此,需要慎重选择。

(九)图像缓存

(十)光谱响应

(十一)光学接口

法兰焦距:从安装法兰到入射透镜的平行光的聚光点(焦点/传感器平面)的距离1 in=25.4mm

C气口:法兰间距为17.526mm,安装螺钉为直径1in、32齿/inCS口:法兰间距为12.526mm,安装螺钉为直径1in、32齿/inF口:法兰间距为46.5mm,槽44/48mmU 1.0Mxx端口: Mxx * 0.75 (例如M58 * 0.75 )可以对应使用一个C/CS 5mm接箍将CS端口转换为C端口分辨率相机一次拍摄图像的像素数,一般并行于光电传感器的目标面

根据目标的要求精度,反过来计算摄像机的像素精度。 相机的单向分辨率=单向视野范围除以理论精度。

例如,在视野尺寸为1010mm情况下,要求精度为0.02mm/pixel,方向分辨率=10/0.02=500,但考虑到照相机的边缘视野的变形、系统的稳定性的要求,一般不以1像素为单位与1个测定精度值对应

像素深度每像素的数据位数常见为8位、10位和12位。 分辨率和像素数决定图像的大小。 例如,如果像素深度为8bit的500万像素,则整个图像应该为500万*8/1024/1024=37m(1024byte=1kb,1024KB=1M )。 增加像素深度可以提高测量精度,但同时也会降低系统速度,使系统难以集成(如电缆增加或尺寸变大)。

最大帧频/线照相机捕获和传输图像的速度通常在区域阵列照相机中是每秒捕获的帧数(Frames/Sec ),在线传感器照相机中是每秒捕获的行数(HZ )。

照相机的帧率/线路速率表示照相机拍摄图像的频率,区域阵列照相机以正常帧率来表示,单位fps(framepersecond )例如是30fps,照相机每秒拍摄最大30帧的图像线阵相机通常以行频率表示,单位KHz,例如12KHz表示相机每秒最多可以收集12000行图像数据。 摄像机的帧频和线路频率首先受芯片帧频和线路频率的影响,芯片的设计最高速度主要决定于芯片所能承受的最高时钟。

曝光方式和快门速度工业线阵CCD均为逐行曝光方式,可选择固定行频率和外部触发同步方式。 曝光时间可以与线周期一致,也可以设定一定的时间。 区域相机有几种常用的曝光方法:帧曝光、场曝光和滚动曝光。 工业数码相机通常配备有外部触发拍摄功能。 快门速度通常为10ms,高速照相机更快。

像素大小像素大小和像素数(分辨率)决定了相机目标面的大小。 目前,工业数码相机像元尺寸一般在3m~1位

0μm,一般像元尺寸越小,制造难度越大,图像质量也越不容易提高。

光谱响应特性

是指该像元传感器对不同光波的敏感特性,一般响应范围为350nm~1000nm,一些相机在靶面前面加了一个滤镜,滤除红外线,如果系统需要对红外感光时可去掉该滤镜。

工业相机噪声

工业相机的噪声是指成像过程中不希望被采集到的,实际成像目标外的信号。根据欧洲相机测试标准EMVA1288中,定义的相机中的噪声从总体上可分为两类:一类是由有效信号带来的符合泊松分布的统计涨落噪声,也叫散粒噪声(shot noise),这种噪声对任何相机都是相同的,不可避免,尤其确定的计算公式。(就是:噪声的平方= 信号的均值)。第二类是相机自身固有的与信号无关的噪声,它是由图像传感器读出电路、相机信号处理与放大电路等带来的噪声,每台相机的固有噪声都不一样。另外,对数字相机来说,对视频信号进行模拟转换时会产生量化噪声,量化位数越高,噪声越低。

信噪比

相机的信噪比定义为图像中信号与噪声的比值(有效信号平均灰度值与噪声均方根的比值),代表了图像的质量,图像信噪比越高,相机性能和图像质量越好。

工业相机的输出接口

工业相机输出接口类型的选择主要由需要获得的数据类型决定。如果图像输出直接给视频监视器,那么只需要模拟输出的工业相机。如果需要将工业相机获取的图像传输给电脑处理,则有多种输出接口选择,但必须和采集卡的接口一致,通常有以下几种方式:

1.USB接口

USB接口直接输出数字图像信号,串行通信,支持热拔插,传输速度在120Mbps-480Mbps之间,会占用CPU资源。传输距离较短,稳定性稍差。

目前广泛采用的USB2.0接口,是最早应用的数字接口之一,具有开发周期短,成本低廉的特点。其缺点是传输数据较慢,传输数据过程需要CPU参与管理,占用资源,且由于接口没有螺丝固定,链接容易松动,最新的USB3.0接口使用了新的USB协议,可以更快的传输数据,但目前USB3.0的相机市场上不是很多。

2.1394a/1394b接口

俗称火线接口,是美国电气和电子工程师学会(IEEE)制定的一个标准工业串行接口。所以又称为“IEEE1394”,现主要用于视频采集,数据传输率可达800Mbps,支持热拔插。电脑上使用1394接口需要使用额外的采集卡,使用不方便,且由于早期苹果对该技术的垄断,市场普及率较低,已慢慢被市场所淘汰。

3.Gige接口

千兆以太网接口,PC标准接口,传输速率和距离都更高。是一种基于千兆以太网通信协议开发的相机接口标准,特点是快捷的数据传输速度和高达100米的传输距离。是近几年市场上应用的重点,使用方便,CPU资源占用少,可多台同时使用。

4.Camera Link接口

需要单独的Camera Link采集卡,成本较高,便携性低,实际应用中较少,但是是目前工业相机中传输速度最快的一种传输方式,一般在高分辨率的高速面阵相机和线阵相机上应用,价格昂贵。

灵敏度
灵敏度是芯片的重要参数之一,它具有两种物理意义。一种指光器件的光电转换能力,与响应率的意义相同。即芯片的灵敏度指在一定光谱范围内,单位曝光量的输出信号电压(电流),单位可以为过时的大侠/勒克斯nA/Lux、伏/瓦(V/W)、伏/勒克斯(V/Lux)、伏/kwdhy(V/lm)。另一种是指器件所能传感的对地辐射功率(或照度),与探测率的意义相同,。单位可用瓦(W)或勒克斯(Lux)表示。

坏点数

由于受到制造工艺的限制,对于有几百万像素点的传感器而言,所有的像元都是好的情况几乎不太可能,坏点数是指芯片中坏点(不能有效成像的像元或相应不一致性大于参数允许范围的像元)的数量,换点数是衡量芯片质量的重要参数

如何设置工业相机中的“自动增益控制”功能?

工业相机内有一个将来自 CCD 的信号放大到可以使用水准的视频放大器,其放大即增益,等效于有较高的灵敏度,然而在亮光照的环境下放大器将过载,使视频信号畸变。当开关在 ON 时,在低亮度条件下完全打开镜头光圈,自动增加增益以获得清晰的图像。开关在 OFF时,在低亮度下可获得自然而低噪声的图像。

如何来选购图像采集卡?

在选购及使用图像采集卡时,需要考虑的两个关键性的因素为:硬件的可靠性以及软件的支持。在其它条件都同等的情况下,一块复杂具有更多器件的卡会比器件较少的卡耗散更多的热量。好的设计会采用更多的ASIC(Application-specific integrated circuits)和可编程器件以减少电子器件的数量,而达到更高的功能。还可以选择具有更少的无用功能的卡以减少不必要的麻烦。过压保护是可靠性的一个重要指标。接近高压会在视频电缆产生很强的电涌,在视频输入端和I/O 口加过压保护电路可保护采集卡不会被工业环境电磁干扰会产生的高压击穿。选择采集卡的同时还必须考虑此视觉系统要选用的软件与采集卡是否兼容,是否使用方便,其软件是否要求付费等。

白平衡是什么?

白平衡(White Balance)是彩色相机中采用的技术,白平衡是对红、绿、蓝三个分量的平衡,以使相机能反映实际景物真实颜色。由于光敏元件在不同的光照条件下RGB 三个分量的输出是不平衡的,从而会差生图像在色彩上的失真,偏蓝或者偏红,因此需要白平衡来还原图像的色彩。通常相机完成白平衡可以分为自动和手动白平衡两种方式,此外还可以通过软件实现白平衡。

提高相机感光均匀性?


如何提高工业相机的动态范围?

相机动态范围成像的目的就是要正确地表示真实世界中从太阳光直射到最暗的阴影这样大的范围亮度,以下技术可以提高相机动态范围。

选择镜头时:

(一)镜头分类:普通镜头、远心镜头、微距镜头、变焦镜头、环视镜头、红外镜头等

(二)根据工作距离和视野宽度以及相机的横向分辨率和象元大小,确定镜头焦距

(三)根据相机分辨率,确定镜头所需分辨率

(四)根据景深确定镜头类型(远心/普通)

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