机器视觉视觉检测系统中如何选择工业相机

作者:anonymous 日期:2021-04-07 点击数:353

视觉检测作为提高自动化生产效率的重要措施之一,目前广泛应用于半导体、汽车、印刷包装、市政交通等众多行业。工业相机可以将光信号转化成有序的电信号,是视觉检测系统中的关键组件。

工业相机

相比于传统的民用相机而言,具有更高的传输能力、图像稳定性以及抗干扰能力等。其采用逐行扫描的图像传感器,快门时间短,可以抓拍快速运动的物体。拍摄速度非常快,每秒可以拍摄十幅到几百幅的图片。此外,工业相机输出的是裸数据,适合进行高质量的图像处理算法,普遍应用于机器视觉系统中。此外,相机的选择不仅直接关系到所采集图像的分辨率及质量等,而且还影响到整个系统的运行模式,因此选择合适的相机成为搭建视觉检测系统中的重要环节。

工业相机按照分类的不同,又分为很多种。按照数据接口类型,分为GigE接口相机、Firewire接口相机、USB接口相机等;按照芯片类型,又为CCD相机和CMOS相机;按照输出模式类型,还分为模拟相机和数字相机。此外,工业相机还有其它不同的分类方法。本文主要对相机的上述三种分类进行对比分析。

ZYT ROSA-GE高动态系列面阵相机

CMOS

是指互补金属氧化物半导体,CCD是指电荷耦合器件,两者都是利用感光二极管进行光电转换,主要在把光转换为电信号的方法上存在区别。因为数据传输方式不同,所以CCD与CMOS在性能上存在诸多差异。

CMOS的每个像素都比CCD复杂,且其像素尺寸很难达到CCD的水平,因此相同尺寸的CCD与CMOS比较,通常CCD的分辨率比CMOS要好,也就是成像质量更加优秀。

由于CMOS的每个感光二极管都需要搭配一个放大器,因此需要较多的放大器。而CCD只要在芯片边缘安置一个放大器。两者相比,CCD的噪声相对CMOS较小,有利于提高图像质量。

CMOS信号以点为单位的电荷信号,以点直接读取信号;而CCD是以行为单位的电流信号,以行间接读取信号,因此在像素尺寸相同的情况下,CMOS的灵敏度要低于CCD。

由于CMOS为主动式图像采集方式,而CCD采用被动式采集方式,因此CMOS的电荷传输可以由电晶体放大输出,而CCD需要外加12~18V的电压,才能让像素中的电荷移送到传输通道。为此CCD的电源线路在精密性和耐压强度方面要求更高,耗电量也就相比CMOS高出许多,一般CCD的耗电量是CMOS的8-10倍。

CMOS的生产工艺与大规模集成电路的相同,可以将周边设施一次性都整合至传感器芯片中,有效减少了外围芯片的成本;而CCD数据输出依赖电荷传递,其中如果有像素在传递中出现错误,那么一整排的数据也都没法正常传送,所以与CMOS相比,控制CCD的成品率难度更大,导致在制造成本方面,CCD相对高于CMOS。

模拟相机和数字相机之间的主要区别在于图像被数字化的地方不同。数字相机在相机里将信号数字化,并且通过串行总线接口将信号以数字方式传输给计算机(或图像处理器)。而在另一方面,模拟相机系统并不是在其内部将图像信号数字化(数字化是由计算机完成的),所以,模拟信息是通过同轴电缆而进行传输的。尽管两种方法都能够有效地传输信号,但模拟信号容易受到电磁干扰而失真,数字信号抗干扰性能较好,能够传输更精确的信号。

模拟相机的分辨率被限制在大约640×480像素,而数字相机能够达到80兆像素甚至更高。模拟相机和数字相机典型的像素大小在3微米到20微米范围内。帧速方面,由于一般情况下像素数和帧速之间存在着相互影响,相机的像素数越多,其帧速越低。因此一般模拟相机较分辨率较高的数字相机而言帧速明显较高。

一般数字相机的单价高于模拟相机,且典型的数字相机安装和设定所要的时间相对较长。但一般需要的数字相机数量相对较少,维护成本也较低。而且同分辨率的情况下数字相机的能耗不足模拟相机的1/5。另外,数字相机的可以现场固件升级,而模拟相机返厂升级。

综合考虑工业相机的性能和成本,虽然工业模拟相机价格一半低于工业数字相机,但其分辨率和图像质量不高,应用局限较多。数字相机一般较为昂贵,但为要求高速度、高准确度和高精度的应用,通常也值得付出高成本。

根据传输的距离、稳定性、传输的数据大小(带宽)等特点,可以选择USB、Firewire、Camera Link等不同接口的相机。USB接口具有标准统一、使用便捷、可连接多个设备等特点;但其没有工业图像传输标准、传输距离短、稳定性不高,不是最优选择。Firewire具有高速率、数据传输实时性、采用总线结构、即插即用等特点,但由于其不能广泛应用,目前支持的厂商越来越少。CamerLink具有高速率,带宽可达6400Mbps、抗干扰能力强、功耗低等特点。GigE具有拓展性好、经济性好、可靠性高、易集成、较简易、便于管理维护等特点。其中在GigE目前在机器视觉中应用最为广泛。

综上所述,不同的工业相机一般都要具有自身的特点和使用场合。对于工业相机的选择,还要根据相机所应用的环境以及生产线对于成本的控制来定。

工业相机

的选择直接决定着机器视觉视觉检测的效果,因此选择合适的工业相机十分关键。其不同的类型各具特点,需要综合工业相机的性能与成本等因素进行考虑,最大限度的提高其性价比。

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