工业相机的图像感光芯片由数十万至数百万个像素组成,像素把光线的强度转换为电压输出。这些像素的电压被以灰度值的形式输出,所有像素放在一起就形成了图像,传送给计算机。工业相机数据接口主要有USB2.0\USB3.0、1394和千兆以太网这几种。相比于普通相机而言,它具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等优点,随着科技的日渐成熟,工业相机得到了飞速发展,成为机器视觉领域的不可缺少的组件。
随着国内自动化产业的迅猛发展,也为机器视觉带来了更为广阔的市场空间,而机器视觉系统的核心部件:工业相机也同样得到了的发展。中国已经成为全球制造业的加工中心,高要求的零部件加工及其相应的生产线,使许多具有国际水平的机器视觉系统和应用经验也进入了中国。目前,工业相机的应用不管从技术上,还是在市场上,都得到了一定的进步。涉及到的领域众多,涵盖了工业、农业、医药、军事等国民经济的各个行业。
工业相机在生产制造上的应用越来越广泛,工业相机这类产品也出现新的发展方向。由于不同应用对工业相机的性能跟功能配置有很大的差异,因此工业相机大致上可区分成可配置型系统、嵌入型系统与智慧相机型三大类。但不论是哪种工业相机系统,除了少数特殊应用外,其所使用的工业相机都越来越向个人电脑靠拢,甚至智慧相机本质上就是一台内建CPU、记忆体,可以执行各种视觉演算法的工业电脑。
工业相机在使用时有哪些需要注意地小细节:
1、拍摄时,工业相机要拿稳:否则会使影像出现双影或模糊不清。持之以按快门不要用力过猛,特别是在1/30秒以下更要注意稳定。要像射击时扣一样,先轻轻地按下道簧,抓住时机再及时按第二道簧。1/15秒以下好用三脚架,或将工业相机依托在固定物上拍摄;
2、拍摄时,工业相机要拿正。在拍摄人像、建筑物时,工业相机镜头不能过仰、过俯或左右倾斜,否则会使拍摄对象上大下小或上小下大,或使景物的水平向偏离地平线,使景物有东倒西歪的感觉;
3、使用器时,要轻轻地拨。在没按下快门之前,切勿硬拨回原位,否则容易损坏器的弹簧和齿轮;
4、在使用帘式,小型工业相机时,特别要注意保护布帘,切勿用手指使劲摸触,尤其不能让尖的东西弄破布帘;
5、工业相机镜头不能长时间对着太阳,防止漏光。尤其是布帘快门的工业相机,因为太阳光聚焦的作用,容易烧坏布帘;
6、在使用小型工业相机时,好要养成先上胶卷后调速度盘的习惯,有的小型工业相机在上胶卷前是定不准速度的;
7、定快门速度时,不能定在相邻的两级速度中间。工业相机调速盘的每个刻度上,都有个或小槽,拨定到位,才能正常运行,指在两级速度之间,不但得不到准确的速度,而且容易损坏快门。光圈的级数,可以指在两级光圈系数之间;
8、使用工业相机后,检查快门和设备是否放松,因快门结构的核心机件是弹簧,弹簧紧张的时间过长,易使弹力减弱,影响快门速度的准确性;
总之,工业相机的种类很多,使用工业相机的方法也不尽同。使用工业相机时,先要查看工业相机的型号、镜头的规格、使用的方法等。新的工业相机都有说明书,要仔细阅读,熟悉各部件的性能和操作方法。没有说明书而以不清楚的,一定要问清,切勿强行拨弄。在拍照前,还要检查一下工业相机的附件带全了没有,甚至连胶片卷轴这类小件都要考虑周到,稍有疏忽便会影响摄影的顺利进行。
机器视觉的主要目的是代替人眼来做测量和判断,所以工业相机通常被安装在工厂快速运转的流水线上,在一些不适于人工作业的危险环境或者人眼视觉难以满足要求的场合。虽然在成像原理方面,工业相机与普通数码相机相差无几,但为满足工业检测需要,工业相机具有较高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等特点,在拍摄速度、精度和可重复性等方面,都远胜于普通数码相机。
线阵相机和面阵相机
工业相机根据像元的排列方式可分为线阵相机和面阵相机,线阵、面阵相机都有各自的优点和缺点,适用于不同应用环境。
一文了解“工业相机”
图5 面阵相机(左)与线阵相机(右)
线阵相机,顾名思义是被测视野呈“线”状,它的传感器通常只有一行感光元素,以“线”扫描的方式连续拍照,再合成一张的二维图像。在某些应用中,如高频扫描和高分辨率的场合,相比面阵相机,线阵相机具有特定的优势。举例来说,如图6,检测圆形或柱形物品时,可能需要使用多台面阵相机,才能覆盖到物品的整个表面。但如果我们将物品置于一台线阵相机前面,然后旋转物品,通过这种方式将图像展开,我们可以采集到整个表面的图像。而且,线阵相机也更容易安装到狭小的应用空间,比如在相机通过输送带上的滚轴来查看物品底部的情况。另外,相比传统面阵相机,线阵相机通常也能够提供更高的分辨率。由于线阵相机需要物品进行运动来创建图像,它们通常非常适合用于检测处于连续运动状态的产品。
一文了解“工业相机”
图6 线阵相机能够:(a)展开柱形物品以进行检测;(b)将视觉系统安装到空间狭小的应用环境中;(c)满足高分辨率检测要求;(d)检测处于连续运动状态的物品
相比线阵相机,面阵相机是以“面”为单位来进行图像采集,面阵相机的传感器拥有更多的感光像素,以矩阵排列。面阵相机可以一次性获取完整的目标图像,比线阵相机具有更快的检测速度。大多数常见的检测相机都基于面阵扫描,包括测量面积、形状、尺寸、位置,甚至温度,不过面阵相机每行的信息没有线阵多,帧幅率有限。相机像素通常用万为单位表示,以矩阵排列,比如1百万像素相机的像素矩阵为W x H(宽 x 高)=1000 x 1000。相机的分辨率是指一个像素表示实际物体的大小,用um x um表示,数值越小,分辨率越高。分辨率是由选择的镜头焦距决定的,同一种相机,选用不同焦距的镜头,分辨率就不同,如图7。在表现图像细节方面,不是由相机的像素多少来决定的,而是由分辨率决定的。同等分辨率条件下,像素越多,可以成像的区域面积越大。虽然清晰度并不是由像素决定,但是像素大的相机,可以减少拍照次数,从而提高了速度。