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2022-11-30 22:40| 来源: 网络整理| 查看: 265

文章目录工业相机一、 概述二、 相机参数1. 传感器芯片1.1. CCD&CMOS1.2. CCD1.3. CMOS1.4. 靶面1.5. 传感器芯片选型2. 黑白or彩色3. 帧数⭐4. 接口类型4.1. POE供电三、相关硬件1. 镜头1.1. 焦距2. 光源3. 控制器4. 工控机5. 线缆6. 交换机四、参考

工业相机 一、 概述

凭我的经验,一般能带上工业两字的,和日常版最大的区别就是更稳定、抗干扰能力更强(高温、高压、防尘、防水、防爆、抗电磁干扰等;列举这么多,并不意味着必须带有这些功能,这些功能通常是可定制的),当然还有其他特点,比如接口可扩展、定制性比较强等。

为什么需要这些功能? 因为工业环境比日常环境更复杂,设备可能运行在极端环境下。

那是不是环境简单些,工业级就退化成了民用级了呢? 也未必,工业级设备有一个比较突出的点就是需要长时间稳定运转。同样是电脑,工控机可能得全年无休开着。而民用PC,或许每天都会关机。(至于为何工控机就能长时间稳定运行,与软硬件都有一定关系,涉及方面比较多)。

扯远了,回到工业相机。 有了上面对工业两字的了解后,可以知道工业相机相比于传统民用相机,它具有更高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力(事实上,这句话是百度上的原话)。

在进一步学习工业相机前,来聊聊工业相机的应用场景。

工业相机的使用场景, 如果平时有拍照需求会特意去搜工业相机吗?一般不会,直接去电子产品店里找个单反或者拿手机拍不就行了(也不是说工业相机就比民用的高级、昂贵,人家玩单反的一个镜头几万的也有,工业相机便宜的也就几百千把块,所以它们是两条分支)。

工业相机通常用在机器视觉系统中,是其中关键的一环。本质功能就是将光信号转变成有序的电信号,说人话就是在机器视觉系统中用来拍照(摄像)的(采集图像)(这边的工业相机指机体+镜头,如果细分的话,镜头(透镜平行光入射成像)是成像,机体(内部是感光芯片)是感光并且转化为电信号传输出去)。 在这里插入图片描述

二、 相机参数 分类依据类1类2按芯片类型CCD相机CMOS相机传感器结构特征线阵相机面阵相机 1. 传感器芯片 1.1. CCD&CMOS

图像采集和处理的过程,最基本的就是要把实物尽量真实地反映到虚拟的图像中。 在这里插入图片描述

感光芯片设计思想:就是分割被描述的区域,用相应的灰度填充。

在这里插入图片描述

而CCD和CMOS是两种不同的芯片,它们都能在相机中记录光线变化。

1.2. CCD

CCD(Charge Coupled Device)是电荷耦合器件的简称。

它将大量独立的光敏元件排列在一起每个光敏元件称为像素

像素,是图像的基本单位,也是最小的视觉显示单位。

目前主要有两种类型的CCD光敏元件,分别是线性CCD和矩阵性CCD。线性CCD用于高分辨率的静态照相机,它每次只拍摄图象的一条线,这与平板扫描仪扫描照片的方法相同。这种CCD精度高,速度慢,无法用来拍摄移动的物体,也无法使用闪光灯。矩阵式CCD,它的每一个光敏元件代表图象中的一个像素,当快门打开时,整个图象一次同时曝光。

1.3. CMOS

CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor),中文学名为互补金属氧化物半导体。它的制造技术和一般计算机芯片没什么差别,主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体,使其在CMOS上共存着带N(带–电) 和 P(带+电)级的半导体,这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。于是,CMOS图像传感器被应用于工业图像处理。

1.4. 靶面

在这里插入图片描述 靶面,其实从字面意思比较好理解。 光线透过镜头后,成像打在感光芯片(传感器)上。所以感光芯片是个靶子。 从靶面这个参数的单位是"(英寸),可以知道它指的是靶子(感光芯片)的大小(是靶子的对角线长度)。

1.5. 传感器芯片选型

虽然从原理来讲CCD和CMOS是不一样的,且需要较专业的知识才能去深度认识。 但对于工业相机选型来说,并不需要做太多区分。 因为它们两者要做的事情是一样的。 就现在来讲(2022年),国内市面上比较多见的是CMOS相机,其特点是帧率高、速度快、功耗低,成本相对较低。

靶面的话,是芯片尺寸,其实你也不需要太多关心。 反而是分辨率这种直观的参数,你是需要去了解的。分辨率的长宽直接反映了图像的比例以及清晰度。

所以选型时在相机传感器芯片这块,一般不需要去深度了解,实际选型的不太会去关心,你的相机是CCD的还是CMOS的,能达到效果即可(事实上,我和几家供应商交流时也没有说到这个参数)。

2. 黑白or彩色

同样分辨率的相机,黑白的精度往往比彩色高,尤其是在看图像边缘时,黑白效果更好。做图像处理,黑白工业相机得到的是灰度信息,可直接处理。

一般相机厂商的型号中,M是黑白(Mono),C是彩色(Color)。

3. 帧数

当被测物体有速度要求时,就需要选择帧数高的工业相机,一般分辨率越高,帧数就越低;

⭐4. 接口类型 类型传输速率有效工作距离其他USB 3.05Gbps 625MB/s5mGigE(千兆网)1Gbps 125MB/s100m在这里插入图片描述Camera Link6.4Gbps 800MB/s15mCoaXPress1.06.25Gbps50mCoaXPress2.012.5Gbps

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

在项目和实验中,对于低中速,常规的工业场景,常使用USB3.0、GigE接口的相机。所能带动的帧率在30FPS-500FPS不等。

而在超高速领域,如:子弹发射、爆炸瞬间;或细胞微粒流动等微米纳米尺度下的运动场景,一般采用高速相机来进行图像的捕捉采集和分析。由于需要达到超高速采集1000FPS、2000FPS、10000FPS,需要Camera Link或CoaXPress来连接高速相机和主机。

4.1. POE供电

POE,(Power Over Ethernet),指的是在现有的以太网Cat.5布线基础架构不作任何改动的情况下,在为一些基于IP的终端(如IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机等)传输数据信号的同时,还能为此类设备提供直流供电的技术。

现在大部分相机都支持POE供电(网口供电)。 如果您不知道自己是否需要POE,我还是建议选择带POE的。 因为工业场景繁杂,未必有插座给你插电源。而且工业相机有时候是装工厂天花板上的,那种场景要给它单独供电很麻烦,线得拉很长。

POE供电所需要的线是超5类、6类线,并且连接的网口是要支持POE供电的。 一般的台式机、笔记本是不支持的,但工控机的网口一般都支持(保险起见还是向供应商说清楚支持POE供电)。

三、相关硬件 1. 镜头 1.1. 焦距

焦距是镜头上一个重要的参数,以“mm”为单位。 焦距,是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式。 在这里插入图片描述 指平行光入射时从透镜光心(上图中的光学中心)到光聚集之焦点的距离。 很显然,具有短焦距的光学系统比长焦距的光学系统有更佳的聚光能力(焦距短,说明平行光通过透镜能更好地聚集起来)。 照相机中 焦距f<像距2f才能成像。 在这里插入图片描述

2. 光源

光源就是发光的物体,比如灯泡。 工业相机的配件中往往有它。 因为工业场景可能光线不好,这时就需要配光源。

3. 控制器

控制器其实就是一台PC,只是它专用于去控制视觉硬件(相机、光源)且一般会进行一定的图像处理。

可以说它是视觉子系统,会接一定数量的相机。然后将相机的图像做一定处理后,输出到外部系统汇总起来。它几乎不做图像处理之外的事。

但控制器不是必须的,您完全可以将相机的图像直接输出到您的PC上,然后做您的处理。

4. 工控机

工控机的选型上注意几点:

性能:是否能满足处理需求,比如我要接100个相机,就用一台机器,那一般是拖不过来的(事实上,在网络传输这块就很容易出问题)。接口:工控机上往往运行着汇总的上位机,那要接的设备非常多,接口上一定得够且有一定预留。存储空间:看与服务器分体还是一体。 5. 线缆

涉及的线缆无非是电源线和网线。 如果是POE供电,电源线就不需要了。

6. 交换机 四、参考 工业相机原理及选型指导


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