工业相机基础知识详解

工业相机是机器视觉系统的一个最关键的组件。他的功能很简单，就是将被检测的物体拍摄下来，然后转换成电脑可以识别的图像，以便以后进行图像处理，从而完成检测任务。工业相机俗称工业摄像机，目前市面上的工业相机大多是基于CCD或CMOS芯片的相机，CCD是目前机器视觉最为常用的图像传感器。CCD作为一种功能器件，与真空管相比，具有无灼伤、无滞后、低电压工作、低功耗等优点。迄今为止，很大国外的著名工业相机厂商研制的就是CCD工业相机。德国NET相机就是CCD工业相机，而且销售额相当可观。CMOS图像传感器的开发最早出现在20世纪70 年代初，目前，CMOS图像传感器以其良好的集成性、低功耗、高速传输和宽动态范围等特点在高分辨率和高速场合得到了广泛的应用。任何东西分类一定有它自己的分类标准，相机也不例外。按照相机用途不同，可分为工业相机和科学级相机；按照芯片类型可以分为CCD工业相机、CMOS工业相机；按照传感器的结构特性可以分为线阵相机、面阵相机；按照扫描方式可以分为隔行扫描相机、逐行扫描相机；按照分辨率大小可以分为普通分辨率相机、高分辨率相机；按照输出信号方式可以分为模拟相机、数字相机；按照输出色彩可以分为单色（黑白）相机、彩色相机；按照输出信号速度可以分为普通速度相机、高速相机；按照响应频率范围可以分为工业红外相机、紫外相机、可见光相机等。工业相机相比起传统的民用相机而言，具有高分辨率、高传输能力、高抗干扰能力和图像质量高等优点。工业相机的快门时间非常短，可以抓拍快速运动的物体，而且拍摄到的图像仍然很清晰，而一般的民用相机则达不到这个效果；工业相机的拍摄速度远远高于一般相机。工业相机每秒可以拍摄十幅到几百幅图片，而一般相机只能拍摄2-3幅图像；工业相机输出的是裸数据，高动态范围成了它的优势，比较适合进行高质量的图像处理算法。而一般的相机拍摄的图片，其光谱范围只适合人眼视觉，并且经过了mjpeg压缩，图像质量较差。选择合适的相机也是机器视觉系统设计中的重要环节，相机的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。首先要弄明白的是自己的检测任务，是静态拍照还是动态拍照、拍照的频率是多少、是做缺陷检测还是尺寸测量或者是定位、产品的大小是多少、需要达到多少精度、现场环境情况如何、有没有其它的特殊要求等。如果是动态拍照，运动速度是多少，根据运动速度选择最小曝光时间以及是否需要逐行扫描的相机；而相机的桢率跟像素有关，通常分辨率越高桢率越低，不同品牌的工业相机的桢率略有不同；根据检测任务的不同、产品的大小、需要达到的分辨率以及所用软件的性能可以计算出所需工业相机的分辨率；现场环境最要考虑的是温度、湿度、干扰情况以及光照条件来选择不同的工业相机。工业相机的应用领域广泛，不管是工业领域、体育项目、医疗、航空航天、生命科学都有涉及。工业领域，如开发金属材料及树脂材料时，用来观察材料受到冲击时内部裂纹产生的方向、状态等，可用来分析材料被破坏时物质的结构；体育项目上，如捕捉棒球及高尔夫球击球时球的状态、与空气产生的阻力等等。在开发产品和验证产品等方面，数字工业相机对被摄物的大小没有限制，根据镜头的条件，既可拍摄一般物质，也可用于摄影。目前，工业相机在国内还处于起步阶段，而在国外已经在20世纪60年代就开始研究，在各个领域已有很好的成就。例如德国Kappa相机，提供专业的CCD工业相机，能够在各个领域应用；美国Unibrain公司是1394贸易协会的活跃会员，是全球火线技术的领导者。其研发的Unibrain工业相机是火线接口相机个最专业的。美国QSI公司生产的科学级、热电制冷CCD相机广泛的应用于天文学、医学等领域；德国S+K公司是专业的线扫描相机生产厂商，其生产的线阵相机种类繁多，可以满足用于对不同接口的各种需求。

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