隨著工業4.0的到來，機器視覺系統在智能制造領域的應用越來越廣泛，相機是機器視覺的重要組成部分，合適的相機決定了系統應用的好壞。因此，選擇合適的工業相機非常重要，本文主要介紹如何選擇合適的工業相機。

什么是工業相機

       工業相機是機器視覺系統中的一個關鍵組件，其本質功能就是將光信號轉變成有序的電信號，相當于機器視覺系統的“眼睛”。

       相比于傳統的民用相機而言，工業相機具有高的圖像穩定性、高傳輸能力和高抗干擾能力等，市面上工業相機大多是基于CCD（Charge Coupled Devic或CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）芯片的相機。

目前，工業相機的主要用途包括以下幾個方面：

       （1）在開發產品和驗證產品等。如開發金屬(shu)材料(liao)及樹脂材料(liao)時，用來觀察材料(liao)受到沖擊時內部裂(lie)紋產生的(de)(de)方向、狀態(tai)等，可用來分(fen)析材料(liao)被破壞時物質(zhi)的(de)(de)結構，及電子產品的(de)(de)工業在線檢測等。

       （2）包裝和標簽行業的印刷過程。工包裝和(he)(he)標簽行業(ye)的印刷過(guo)程中，能(neng)夠實時檢(jian)測(ce)(ce)到高速印刷中細(xi)微的缺陷(xian)，以便(bian)采取措施，減(jian)(jian)少損失。常見的缺陷(xian)如劃痕、灰塵、漏印、墨痕、褶皺(zhou)等(deng)都可(ke)被檢(jian)測(ce)(ce)出(chu)(chu)來，提高投資回報，減(jian)(jian)少廢品(pin)支出(chu)(chu)，提高了客戶滿意(yi)度和(he)(he)信任度。

       （3）其他領域。如機器視覺、科(ke)研、軍事科(ke)學(xue)、航空航天等眾多領域，尤其是在智能交通(tong)行業：超速抓拍，闖紅燈電子警(jing)察、高速路口、卡(ka)扣收(shou)費等交通(tong)行業也得(de)到了(le)良好的使用。

工業相機的分類

       工業相機按照芯片類(lei)型、傳感(gan)器結構特性、掃(sao)描方式、分辨率(lv)大(da)小(xiao)、輸(shu)出(chu)信號方式、輸(shu)出(chu)色彩、輸(shu)出(chu)信號速度、響應頻率(lv)范(fan)圍(wei)等有著不同(tong)的分類(lei)方法。

       按照芯片類型：可(ke)以(yi)分為CCD相機、CMOS相機；

       按照傳感器的結構特性：可以分(fen)為線陣(zhen)相機、面陣(zhen)相機；

       按照輸出信號方式:可以分為模擬相機、數(shu)字相機；

        按照輸出色彩：可以分為單色（黑白(bai)）相機(ji)、彩色相機(ji)；

       按其他分類形式：

工業相機和普通相機的區別

1. 性能區別

       工業相機的性能強勁，穩定可靠，易于安裝，相機結構緊湊結實不易損壞，連續工作時間長，可在較惡劣的環境下使用，一般的相機是做不到這些的。

       例如(ru)：普(pu)通(tong)相機無法(fa)(fa)連(lian)續(xu)長時間工作，無法(fa)(fa)快速連(lian)拍，沒有安裝孔(kong)位，無法(fa)(fa)固定于(yu)機臺上。

2. 快門時間區別

       工業相機的快門時間可以很短，曝光可以全局曝光，可以抓拍高速運動的物體。

       工業相機的快門時間一般可以從1／100000秒～10秒的范圍內調整，配合控制器、光源、鏡頭，可以將快門時間設置在微秒級，而全局曝光，可以十分有效的解決拖影等問題。

3. 掃描方式區別

       工業相機的圖像傳感器是逐行掃描的，而普通相機的圖像傳感器是隔行掃描的，逐行掃描的圖像傳感器生產工藝比較復雜，成品率低，出貨量少且價格昂貴。

4. 幀率區別

       工業相機的幀率遠遠高于普通(tong)相(xiang)機。

       工業相機根據相機分辨率不同，每秒可以拍攝幾張到幾百張圖片，甚至成千上萬張圖片，而普通相機只能拍攝幾張圖像，相差較大。例如工業相機的30萬像素相機，可以輕松做到200幀。

5. 光譜區別

       工業相機通常輸出的是裸數據，其光譜范圍也往往比較寬，比較適合進行高質量的圖像處理算法，例如機器視覺應用。而普通相機拍攝的圖片，其光譜范圍只適合人眼視覺，并且經過了壓縮，圖像質量較差，不利于分析處理。

6. 價格區別

       工業相機相對普通相機來說價格較貴。主要還是由市場需要來決定的。工業相機的出貨量遠不(bu)如(ru)普通相機，因(yin)此成本居高不(bu)下是必然的。

一般選擇工業相機的注意事項

       選擇合適的相機是機器視覺系統設計中的(de)重要環節(jie)，相(xiang)機的(de)選(xuan)擇不僅直接決定所采集(ji)到的(de)圖像分辨率、圖像質(zhi)量(liang)等(deng)，同時也與整(zheng)個系統的(de)運(yun)行(xing)模式直接相(xiang)關。

1. 相機類型

       對于靜止檢測或者一般低速的檢測，優先考慮面陣相機，對于大幅面高速運動或者滾軸等運動的特殊應用考慮使用線陣相機。

       根據檢測的速度，選擇相機的幀率一定要大于物體運動的速度，一定要在相機的曝光和傳輸時間內完成。而在實際檢測中實現同樣的目的可以有多種不同的解決辦法，相機的選擇也就有了更多空間。

2. 相機幀率

       相機的幀率決定著設備的測量效率，如相機的幀率是30FPS，則每秒鐘最多拍攝30次。

       通常來(lai)說，相(xiang)(xiang)機的(de)分(fen)辨(bian)率(lv)(lv)(lv)越(yue)低，同樣的(de)接口(kou)(kou)，幀(zhen)率(lv)(lv)(lv)也(ye)會越(yue)高；而分(fen)辨(bian)率(lv)(lv)(lv)越(yue)高，幀(zhen)率(lv)(lv)(lv)也(ye)會越(yue)低。幀(zhen)率(lv)(lv)(lv)*分(fen)辨(bian)率(lv)(lv)(lv)≤總(zong)線(xian)帶(dai)(dai)寬(kuan)(kuan)(kuan)，即在接口(kou)(kou)一(yi)定（總(zong)線(xian)帶(dai)(dai)寬(kuan)(kuan)(kuan)已經(jing)確定），分(fen)辨(bian)率(lv)(lv)(lv)一(yi)定時，幀(zhen)率(lv)(lv)(lv)也(ye)是有其(qi)最(zui)大值(zhi)的(de)。既要想相(xiang)(xiang)機的(de)分(fen)辨(bian)率(lv)(lv)(lv)快，又要想相(xiang)(xiang)機的(de)幀(zhen)率(lv)(lv)(lv)高，那么就(jiu)需要找更大帶(dai)(dai)寬(kuan)(kuan)(kuan)的(de)總(zong)線(xian)，也(ye)就(jiu)是相(xiang)(xiang)機的(de)輸出接口(kou)(kou)。

3. 相機的曝光時間

       相機(ji)的最(zui)小曝(pu)光時(shi)(shi)間，可(ke)以決(jue)定(ding)目標的運動速度(du)(du)。或者(zhe)反過(guo)來說，目標的運動速度(du)(du)，對相機(ji)的最(zui)小曝(pu)光時(shi)(shi)間提出了要(yao)求。

       假設我們的目標運動速度是1mm/S，我們的測量精度是0.01mm/pixel，那么我們必須考慮，物體的運動引起的拖影必須要小于我們的精度0.01mm，目標移動0.01mm，需要用時10ms，這就要求我們的相機的曝光時間必須小于10ms，如果大于這個曝光時間，那么僅僅物體運動引起的模糊就會大于0.01mm，這時我們的精度已經無法達到0.010.01mm/pixel了。

4. 相機輸出接口

       同等像素(su)條件下(xia)，各種(zhong)接口的(de)總線其相機幀率是不(bu)一樣的(de)。

一般來說：

       CameraLink>USB3>GIGE>1394B>USB2,1394A。

       現(xian)在最快的(de)是Camera Link總線，USB3的(de)理論速(su)(su)度(du)達(da)到(dao)了(le)5Gbps即640MB，實際(ji)表現(xian)來(lai)看，應該有(you)80%的(de)有(you)效帶(dai)寬(kuan)，即有(you)512M左右的(de)總帶(dai)寬(kuan)可(ke)供實際(ji)傳輸，這樣(yang)如果一(yi)個500萬(wan)像(xiang)素的(de)相機(ji)，每(mei)幅圖像(xiang)5M，那(nei)么也可(ke)能達(da)到(dao)100幀(zhen)每(mei)秒，速(su)(su)度(du)是非常快的(de)。

       而對于GIGE千兆網相機，500萬(wan)像(xiang)(xiang)素(su)(su)的(de)相機，較(jiao)快的(de)可以(yi)做(zuo)到(dao)23FPS。1394B的(de)500萬(wan)像(xiang)(xiang)素(su)(su)相機可以(yi)做(zuo)到(dao)13FPS，USB2，1394A一般為5~6幀的(de)樣子。

企業應如何選擇工業相機

       工業相機一般安裝在機器(qi)流水線上代替(ti)人(ren)眼來做測量和判斷，通過(guo)數字圖(tu)像(xiang)攝取目(mu)標轉換成圖(tu)像(xiang)信(xin)號，傳送給專用的圖(tu)像(xiang)處理系(xi)統，圖(tu)像(xiang)系(xi)統對這(zhe)些信(xin)號進(jin)行各種運算來抽取目(mu)標的特征(zheng)，進(jin)而(er)根據(ju)判別的結果來控制現場的設備動作。

1. 知道系統精度要求和相機分辨率，可以通過公式

       X方向系統精度(X方向像素值)=視野范圍(X方向)/CCD芯片像素數量( X方向)

       Y方向系統精度(Y方向像素值)=視野范圍(Y方向)/CCD 芯片像素數量( Y方向)

2. 知道系統速度要求與相機成像速度

       系統單次運行速度=系統成像(包括傳輸)速度+系統檢測速度

       雖然系統成像(包括傳輸)速度可以根據相機異步觸發功能、快門速度等進行理論計算，最好的方法還是通過軟件進行實際測試。

3. 將相機與圖像采集卡一并考慮，因為這涉及到兩者的匹配

       視頻信號的匹配：對于黑白模擬信號相機來說有兩種格式，CCIR和RS170(EIA)，通常采集卡都同時支持這兩種相機；

       分辨率的匹配：每款(kuan)板卡都(dou)只支持某(mou)一(yi)分辨(bian)率范圍內的相(xiang)機;

       特殊功能的匹配：如要是用相機的特殊功能，先確定所用板卡是否支持此功能，比如，要多部相機同時拍照，這個采集卡就必須支持多通道，如果相機是逐行掃描的，那么采集卡就必須支持逐行掃描。

       接口的匹配：確定相(xiang)機與板卡的接口(kou)是(shi)否相(xiang)匹配。如(ru)CameraLink、GIGE、CoxPress、USB3.0等。

4、在滿足您對檢測的必要需求后，最后才應該是價格的比較

       如我(wo)們的(de)檢(jian)測(ce)任(ren)務(wu)是(shi)尺寸測(ce)量，產品(pin)大小(xiao)是(shi)18mm*10mm，精度(du)要求是(shi)0.01mm，流(liu)水線作業(ye)，檢(jian)測(ce)速度(du)是(shi)10件/秒，現(xian)場(chang)環(huan)境是(shi)普(pu)通(tong)工業(ye)環(huan)境，不考慮干(gan)擾問題。

       首先我們知道(dao)是流水線作業，速度比較快，因此選用逐行掃描相機，視(shi)野大小我們可以設定(ding)為20mm*12mm(考(kao)慮每次機械定(ding)位的(de)誤差，將視(shi)野比物(wu)體適當放大)。

       假如(ru)我們(men)能(neng)夠(gou)取到很好的(de)圖(tu)像(xiang)(比(bi)如(ru)可以(yi)(yi)打背光)，而且我們(men)軟件(jian)的(de)測量精(jing)(jing)度可以(yi)(yi)考慮1/2亞(ya)像(xiang)素(su)精(jing)(jing)度，那么我們(men)需(xu)要的(de)相機(ji)分辨率(lv)就是(shi)20/0.01/2=1000pixcel(像(xiang)素(su))，另一方(fang)向是(shi)12/0.01/2=600pixcel，也就是(shi)說我們(men)相機(ji)的(de)分辨率(lv)至(zhi)少(shao)需(xu)要1000*600pixcel，幀(zhen)率(lv)在(zai)10幀(zhen)/秒，因此選(xuan)擇1024*768像(xiang)素(su)(軟件(jian)性能(neng)和機(ji)械精(jing)(jing)度不(bu)能(neng)精(jing)(jing)確的(de)情況下(xia)也可以(yi)(yi)考慮1280*1024pixcel)，幀(zhen)率(lv)在(zai)10幀(zhen)/秒以(yi)(yi)上的(de)即可。

        深圳市雙翌光電科技有限公司是一家以機器視覺為技術核心，自主技術研究與應用拓展為導向的高科技企業。公司自成立以來不斷創新，在智能自動化領域研發出視覺對位系統、機械手視覺定位、視覺檢測、圖像處理庫等為核心的20多款自主知識產權產品。涉及自動貼合機、絲印機、曝光機、疊片機、貼片機、智能檢測、智能鐳射等眾多行業領域。雙翌視覺系統最高生產精度可達um級別，圖像處理精準、速度快，將智能自動化制造行業的生產水平提升到一個更高的層次，改進了以往落后的生產流程，得到廣大用戶的認可與肯定。隨著智能自動化生產的普及與發展，雙翌將為廣大生產行業帶來更全面、更精細、更智能化的技術及服務。