隨(sui)著工業(ye)4.0的(de)到來，機器視覺系統在智(zhi)能制造領域的(de)應(ying)用越來越廣泛，相(xiang)(xiang)(xiang)機是機器視覺的(de)重(zhong)要(yao)組成部分(fen)，合適的(de)相(xiang)(xiang)(xiang)機決定了系統應(ying)用的(de)好壞。因此，選擇(ze)合適的(de)工業(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)機非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)，本文主(zhu)要(yao)介紹如何選擇(ze)合適的(de)工業(ye)相(xiang)(xiang)(xiang)機。

什么(me)是工業相(xiang)機

       工業相(xiang)機(ji)是(shi)機(ji)器視(shi)覺(jue)系(xi)統(tong)中(zhong)的一個(ge)關鍵組件，其本質功能就是(shi)將光信(xin)(xin)號轉(zhuan)變成有序(xu)的電信(xin)(xin)號，相(xiang)當(dang)于機(ji)器視(shi)覺(jue)系(xi)統(tong)的“眼睛”。

       相(xiang)比于(yu)傳統(tong)的(de)民(min)用相(xiang)機(ji)(ji)而言，工(gong)(gong)業相(xiang)機(ji)(ji)具有高的(de)圖像穩定(ding)性(xing)、高傳輸能力(li)和高抗(kang)干擾(rao)能力(li)等，市面上工(gong)(gong)業相(xiang)機(ji)(ji)大多是基于(yu)CCD（Charge Coupled Device）或CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）芯片的(de)相(xiang)機(ji)(ji)。

目前，工業相(xiang)機的主要用(yong)途包括以(yi)下(xia)幾個方面(mian)：

（1）在開發產品和(he)驗(yan)證產品等(deng)(deng)。如開發金屬材料(liao)(liao)及樹(shu)脂材料(liao)(liao)時，用來(lai)觀察材料(liao)(liao)受到(dao)沖(chong)擊時內(nei)部裂紋產生的方(fang)向(xiang)、狀(zhuang)態等(deng)(deng)，可用來(lai)分析材料(liao)(liao)被破(po)壞時物質(zhi)的結(jie)構，及電子產品的工業在線檢測等(deng)(deng)。

（2）包裝和標(biao)簽(qian)行(xing)業的(de)印刷過程(cheng)。工包裝和標(biao)簽(qian)行(xing)業的(de)印刷過程(cheng)中(zhong)(zhong)，能夠實時檢(jian)測(ce)到高速印刷中(zhong)(zhong)細微的(de)缺陷(xian)，以(yi)便采取措施，減(jian)少損失。常(chang)見(jian)的(de)缺陷(xian)如劃痕、灰(hui)塵、漏印、墨痕、褶皺等(deng)都可被(bei)檢(jian)測(ce)出(chu)來(lai)，提(ti)高投資回報，減(jian)少廢品(pin)支(zhi)出(chu)，提(ti)高了客(ke)戶滿意度和信任(ren)度。

（3）其(qi)他領(ling)域。如機器(qi)視覺、科研、軍事科學、航(hang)空航(hang)天等眾多領(ling)域，尤其(qi)是在智(zhi)能交通行業：超(chao)速抓拍，闖紅燈(deng)電子警察(cha)、高(gao)速路口(kou)、卡(ka)扣收費等交通行業也得到了良(liang)好的使用。

工業相機的分類

       工業(ye)相機(ji)按照芯片(pian)類(lei)型(xing)、傳感器(qi)結構特性、掃描方(fang)式(shi)、分辨率大小、輸出(chu)信號方(fang)式(shi)、輸出(chu)色(se)彩(cai)、輸出(chu)信號速度、響(xiang)應頻率范圍等有著不同的分類(lei)方(fang)法(fa)。

       按照芯片類型：可以分為CCD相機、CMOS相機；

按照傳感器的結構特性：可以分為線陣相機、面陣相機；

按照輸出信號方式:可以分為模擬相機、數字相機；

按照輸出色彩：可以分為單色（黑白）相機、彩色相機；

按其他分類形式：

工(gong)業(ye)相機(ji)和普通(tong)相機(ji)的區別(bie)

1. 性能區別

       工業(ye)相機的性能(neng)強勁，穩(wen)定可(ke)靠(kao)，易于安裝，相機結(jie)構緊湊(cou)結(jie)實不(bu)易損(sun)壞，連(lian)續工作時間長，可(ke)在較惡劣的環境下(xia)使用(yong)，一般的相機是做(zuo)不(bu)到這(zhe)些的。

       ;例如：普(pu)通相(xiang)機無法(fa)連續(xu)長時間工作，無法(fa)快速連拍(pai)，沒有安(an)裝孔(kong)位，無法(fa)固定(ding)于機臺上。

2. 快門時間區別

       工業相(xiang)機的快門時間可(ke)以(yi)(yi)很短，曝光可(ke)以(yi)(yi)全局曝光，可(ke)以(yi)(yi)抓拍高(gao)速運動的物體(ti)。

       工業相機的(de)(de)快門時間(jian)一般可(ke)以從(cong)1／100000秒～10秒的(de)(de)范圍內調整，配(pei)合控制器、光源、鏡頭，可(ke)以將快門時間(jian)設置在(zai)微秒級，而(er)全局曝(pu)光，可(ke)以十(shi)分(fen)有效的(de)(de)解決拖影等問題(ti)。

3. 掃描方式區別

       工(gong)業相機(ji)的圖(tu)像傳感器(qi)(qi)是逐行(xing)掃描(miao)的，而普通(tong)相機(ji)的圖(tu)像傳感器(qi)(qi)是隔行(xing)掃描(miao)的，逐行(xing)掃描(miao)的圖(tu)像傳感器(qi)(qi)生(sheng)產(chan)工(gong)藝比較復(fu)雜(za)，成(cheng)品率(lv)低，出貨量(liang)少(shao)且價格昂貴。

4. 幀率區別

       工(gong)業(ye)相機的幀(zhen)率(lv)遠(yuan)遠(yuan)高(gao)于普(pu)通相機。

       工(gong)業相機(ji)根據相機(ji)分辨率(lv)不同，每秒可以拍攝幾(ji)張到(dao)幾(ji)百(bai)張圖片，甚至成千上萬張圖片，而普通相機(ji)只能拍攝幾(ji)張圖像(xiang)，相差較大(da)。例如(ru)工(gong)業相機(ji)的30萬像(xiang)素相機(ji)，可以輕松做到(dao)200幀。

5. 光譜區別

       工業相機(ji)(ji)通(tong)常輸(shu)出(chu)的(de)是(shi)裸數(shu)據，其光譜范圍也往(wang)往(wang)比較寬，比較適合進(jin)行高質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)的(de)圖(tu)像處(chu)理(li)算法(fa)，例如(ru)機(ji)(ji)器視覺應(ying)用。而普通(tong)相機(ji)(ji)拍(pai)攝的(de)圖(tu)片，其光譜范圍只適合人眼視覺，并且(qie)經(jing)過了(le)壓縮，圖(tu)像質(zhi)(zhi)量(liang)(liang)較差，不(bu)利于分析(xi)處(chu)理(li)。

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如普通相機，因此成本居高不下是必然的。

一般選擇工業相機(ji)的注意事項

       選擇合適的相機是機器視覺系統設計中的重要環節，相機的選擇不僅直接決定所采集到的圖像分辨率、圖像質量等，同時也與整個系統的運行模式直接相關。

1. 相機類型

       對于(yu)靜(jing)止檢測或者一(yi)般低速(su)的檢測，優先考慮面陣相機(ji)，對于(yu)大幅面高速(su)運動或者滾軸等運動的特殊應用考慮使用線陣相機(ji)。

       根據檢(jian)測(ce)的(de)(de)(de)速(su)度(du)，選擇(ze)相(xiang)機的(de)(de)(de)幀(zhen)率一(yi)定要(yao)大(da)于物(wu)體運(yun)動的(de)(de)(de)速(su)度(du)，一(yi)定要(yao)在相(xiang)機的(de)(de)(de)曝光和傳輸時間內(nei)完成。而在實際檢(jian)測(ce)中實現同樣的(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)可以有多種不同的(de)(de)(de)解(jie)決辦法，相(xiang)機的(de)(de)(de)選擇(ze)也就(jiu)有了更多空間。

2. 相機幀率

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

       通常來(lai)說，相(xiang)機的(de)分(fen)辨率(lv)(lv)越低(di)(di)，同(tong)樣的(de)接口(kou)，幀率(lv)(lv)也(ye)會越高；而分(fen)辨率(lv)(lv)越高，幀率(lv)(lv)也(ye)會越低(di)(di)。幀率(lv)(lv)*分(fen)辨率(lv)(lv)≤總(zong)線(xian)帶寬，即在(zai)接口(kou)一定（總(zong)線(xian)帶寬已(yi)經確定），分(fen)辨率(lv)(lv)一定時，幀率(lv)(lv)也(ye)是有其最大值的(de)。既(ji)要想相(xiang)機的(de)分(fen)辨率(lv)(lv)快，又要想相(xiang)機的(de)幀率(lv)(lv)高，那么(me)就需(xu)要找更大帶寬的(de)總(zong)線(xian)，也(ye)就是相(xiang)機的(de)輸出接口(kou)。

3. 相機的曝光時間

       相機(ji)的(de)最小曝(pu)光(guang)時間，可以決定目(mu)標的(de)運動(dong)速(su)度。或者(zhe)反過來說，目(mu)標的(de)運動(dong)速(su)度，對相機(ji)的(de)最小曝(pu)光(guang)時間提出了要(yao)求。

       假設我(wo)(wo)們(men)(men)(men)的目(mu)標運(yun)動(dong)(dong)速度是(shi)1mm/S，我(wo)(wo)們(men)(men)(men)的測量精度是(shi)0.01mm/pixel，那么我(wo)(wo)們(men)(men)(men)必(bi)須(xu)考慮(lv)，物體的運(yun)動(dong)(dong)引(yin)起(qi)的拖影必(bi)須(xu)要(yao)小于(yu)(yu)我(wo)(wo)們(men)(men)(men)的精度0.01mm，目(mu)標移動(dong)(dong)0.01mm，需要(yao)用(yong)時(shi)10ms，這(zhe)就(jiu)要(yao)求我(wo)(wo)們(men)(men)(men)的相機的曝(pu)光時(shi)間必(bi)須(xu)小于(yu)(yu)10ms，如果大于(yu)(yu)這(zhe)個(ge)曝(pu)光時(shi)間，那么僅僅物體運(yun)動(dong)(dong)引(yin)起(qi)的模(mo)糊就(jiu)會大于(yu)(yu)0.01mm，這(zhe)時(shi)我(wo)(wo)們(men)(men)(men)的精度已(yi)經(jing)無(wu)法達到(dao)0.010.01mm/pixel了。

4. 相機輸出接口

       同等像素條件下，各種接口(kou)的總(zong)線其相機幀率是不一樣(yang)的。

一般來說：

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

       現在最快(kuai)的(de)(de)是(shi)Camera Link總線，USB3的(de)(de)理(li)論(lun)速度(du)達(da)到了5Gbps即(ji)(ji)640MB，實際表現來(lai)看，應該有(you)(you)(you)80%的(de)(de)有(you)(you)(you)效帶(dai)寬(kuan)，即(ji)(ji)有(you)(you)(you)512M左右的(de)(de)總帶(dai)寬(kuan)可供(gong)實際傳輸，這樣如果一個500萬像素的(de)(de)相(xiang)機，每幅圖像5M，那么也可能達(da)到100幀每秒，速度(du)是(shi)非常(chang)快(kuai)的(de)(de)。

       而對于GIGE千兆網相(xiang)機(ji)，500萬(wan)像素(su)的(de)相(xiang)機(ji)，較快的(de)可以做到23FPS。1394B的(de)500萬(wan)像素(su)相(xiang)機(ji)可以做到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流水線上代替人眼來做測量和判斷，通過數字圖像攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統，圖像系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據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(he)相(xiang)機分辨率，可(ke)以通過(guo)公式

       X方(fang)向(xiang)(xiang)系統精度(X方(fang)向(xiang)(xiang)像素值)=視野范(fan)圍(X方(fang)向(xiang)(xiang))/CCD芯片(pian)像素數量( X方(fang)向(xiang)(xiang))

       Y方向(xiang)系統精度(Y方向(xiang)像素(su)值)=視野(ye)范圍(Y方向(xiang))/CCD 芯(xin)片像素(su)數量( Y方向(xiang))

2. 知道系統速度(du)要求(qiu)與(yu)相機成像速度(du)

       系(xi)(xi)統(tong)單次運行(xing)速度=系(xi)(xi)統(tong)成像(包(bao)括傳輸)速度+系(xi)(xi)統(tong)檢測速度

       雖然(ran)系統成像(包括傳輸)速度(du)可以(yi)根據相機異步(bu)觸(chu)發功(gong)能、快(kuai)門速度(du)等進(jin)行(xing)(xing)理論計算，最好的方法還(huan)是通(tong)過軟(ruan)件進(jin)行(xing)(xing)實際測(ce)試。

3. 將相(xiang)機與(yu)圖像采集卡一并(bing)考慮，因為這涉(she)及到兩者的匹配

       視(shi)頻信號(hao)的(de)匹配：對于黑白模(mo)擬信號(hao)相(xiang)機來(lai)說(shuo)有(you)兩(liang)種格式，CCIR和RS170(EIA)，通常采集卡都(dou)同時支持(chi)這兩(liang)種相(xiang)機；

       分辨率(lv)的匹配：每款(kuan)板卡都只支持某一分辨率(lv)范圍內的相機;

       特(te)殊功(gong)能(neng)的(de)匹配：如要是(shi)用相機的(de)特(te)殊功(gong)能(neng)，先(xian)確定所(suo)用板卡是(shi)否支(zhi)持此功(gong)能(neng)，比如，要多部相機同時拍(pai)照，這個采(cai)集(ji)卡就必須支(zhi)持多通道，如果(guo)相機是(shi)逐行掃描(miao)(miao)的(de)，那么采(cai)集(ji)卡就必須支(zhi)持逐行掃描(miao)(miao)。

       接口(kou)的(de)匹配：確定相機與板卡的(de)接口(kou)是否(fou)相匹配。如CameraLink、GIGE、CoxPress、USB3.0等。

4、在滿(man)足(zu)您對檢測的(de)必(bi)要需求后，最(zui)后才應該是(shi)價格的(de)比較

 ;      如我們的檢測(ce)(ce)任務是(shi)尺寸測(ce)(ce)量，產品大小是(shi)18mm*10mm，精度要求是(shi)0.01mm，流水線作業，檢測(ce)(ce)速度是(shi)10件/秒，現場(chang)環境(jing)是(shi)普通工(gong)業環境(jing)，不考慮干擾問題。

       首先(xian)我(wo)們知道是流水線作業，速度比(bi)較快，因此(ci)選用逐行掃描相機，視(shi)野大(da)(da)小我(wo)們可以設定為20mm*12mm(考慮(lv)每次機械定位的(de)誤(wu)差，將視(shi)野比(bi)物體適當放(fang)大(da)(da))。

       假如我們能夠取到很好的圖像(比如可以打背光)，而且我們軟件的測量精度可以考慮1/2亞像素精度，那么我們需要的相機分辨率就是20/0.01/2=1000pixcel(像素)，另一方向是12/0.01/2=600pixcel，也就是說我們相機的分辨率至1000*600pixcel，幀率在10幀/秒，因此選擇1024*768像素(軟件性能和機械精度不能精確的情況下也可以考慮1280*1024pixcel)，幀率在10幀/秒以上的即可。