轉自:工控老鬼的部落格     原文連結:http://blog.sina.com.cn/s/blog_669692a60102x4ug.html

1:工業相機的丟幀的問題是由什麼原因引起的?

經常會有一些機器視覺工程師認為USB介面的工業相機會造成丟幀現象。一般而言,工業相機丟幀與工業相機所採用的傳輸介面是沒有關係的,無論是USB,還是1394、GigE、或者是CameraLink。設計不良的驅動程式或工業相機硬體才是造成丟幀的真正原因:設計不良的工業相機之所以會發生丟幀的現象,其實就是資料通道的堵塞,無法及時處理,所以新的影象進來時,前一張可能被迫丟棄,或是新的影象被迫丟棄。要解決這問題,需要設計者針對驅動程式與工業相機硬體資料傳輸的每個環節進行精密的設計。

2:工業相機輸入、輸出介面有哪些?

在機器視覺檢測技術中,工業相機的輸入、輸出介面有Camera Link、IEEE 1394、USB2.0、Ethernet、USB3.0幾種;

3:知道被測物的長、寬、高以及要求的測量精度,如何來選擇CCD 相機和工業鏡頭,選擇以上器件需要注意什麼?

首先要選擇合適的鏡頭。選擇鏡頭應該遵循以下原則:

1).與之相配的相機的晶片尺寸是多大;

2).相機的介面型別是哪種的,C 介面,CS 介面還是其它介面;

3).鏡頭的工作距離;

4).鏡頭視場角;

5).鏡頭光譜特性;

6).鏡頭畸變率;

7).鏡頭機械結構尺寸;

選擇CCD 相機時,應該綜合考慮以下幾個方面:

1).感光晶片型別;CCD 還是CMOS

2).視訊特點;包括點頻、行頻。

3).訊號輸出介面;

4).相機的工作模式:連續,觸發,控制,非同步復位,長時間積分。

5).視訊引數調整及控制方法:Manual、RS232.

同時,選擇CCD 的時候應該注意,l inch = 16mm 而不是等於25.4mm.

4:CCD 相機與CMOS 相機的區別在哪裡?

1、 成像過程

CCD 與CMOS 影象感測器光電轉換的原理相同,他們最主要的差別在於訊號的讀出過程不同;由於CCD僅有一個(或少數幾個)輸出節點統一讀出,其訊號輸出的一致性非常好;而CMOS 晶片中,每個畫素都有各自的訊號放大器,各自進行電荷-電壓的轉換,其訊號輸出的一致性較差。但是CCD 為了讀出整幅影象訊號,要求輸出放大器的訊號頻寬較寬,而在CMOS 晶片中,每個像元中的放大器的頻寬要求較低,大大降低了晶片的功耗,這就是CMOS晶片功耗比CCD 要低的主要原因。儘管降低了功耗,但是數以百萬的放大器的不一致性卻帶來了更高的固定噪聲,這又是CMOS 相對CCD 的固有劣勢。

2、 整合性

從製造工藝的角度看,CCD 中電路和器件是整合在半導體單晶材料商,工藝較複雜,世界上只有少數幾家廠商能夠生產CCD 晶元,如DALSA、SONY、松下等。CCD 僅能輸出模擬電訊號,需要後續的地址譯碼器、模擬轉換器、影象訊號處理器處理,並且還需要提供三組不同電壓的電源同步時鐘控制電路,整合度非常低。而CMOS是整合在被稱作金屬氧化物的版單體材料上,這種工藝與生產數以萬計的計算機晶片和儲存裝置等半導體積體電路的工藝相同,因此聲場CMOS 的成本相對CCD 低很多。同時CMOS 晶片能將影象訊號放大器、訊號讀取電路、A/D 轉換電路、影象訊號處理器及控制器等整合到一塊晶片上,只需一塊晶片就可以實現相機的所有基本功能,整合度很高,晶片級相機概念就是從這產生的。隨著CMOS 成像技術的不斷髮展,有越來越多的公司可以提供高品質的CMOS 成像晶片,包括:Micron、 CMOSIS、Cypress等。

3、 速度

CCD 採用逐個光敏輸出,只能按照規定的程式輸出,速度較慢。CMOS 有多個電荷-電壓轉換器和行列開關控制,讀出速度快很多,目前大部分500fps 以上的高速相機都是CMOS 相機。此外CMOS 的地址選通開關可以隨機取樣,實現子視窗輸出,在僅輸出子視窗影象時可以獲得更高的速度。

4、噪聲

CCD 技術發展較早,比較成熟,採用PN 結或二氧化矽(SiO2)隔離層隔離噪聲,成像質量相對CMOS 光電感測器有一定優勢。由於CMOS 影象感測器整合度高,各元件、電路之間距離很近,干擾比較嚴重,噪聲對影象質量影響很大。近年,隨著CMOS 電路消噪技術的不斷髮展,為生產高密度優質的CMOS 影象感測器提供了良好的條件。

5:工業相機都有哪些主要引數?

1.解析度

2. 速度(幀頻/行頻)

3. 噪聲

4. 信噪比

5. 動態範圍

6. 像元深度

7. 光譜響應

8. 光學介面

6:工業相機的解析度是如何定義的?

解析度是相機最基本的引數,由相機所採用的晶片解析度決定,是晶片靶面排列的像元數量。通常面陣相機的解析度用水平和垂直解析度兩個數字表示,如:1920(H)x 1080(V),前面的數字表示每行的像元數量,即共有1920個像元,後面的數字表示像元的行數,即1080 行。現在相機的解析度通常表示多少K,如1K(1024),2K(2048),3K(4096)等。在採集影象時,相機的解析度對影象質量有很大的影響。在對同樣大的視場(景物範圍)成像時,解析度越高,對細節的展示越明顯。

7:工業相機的幀頻和行頻是什麼意思?

相機的幀頻/行頻表示相機採集影象的頻率,通常面陣相機用幀頻表示,單位fps(Frame Per second),如30fps,表示相機再1 秒鐘內最多能採集30 幀影象;線陣相機通常用行頻便是單位KHz,如12KHz 表示相機再1 秒鐘內最多能採集12000 行影象資料。速度是相機的重要引數,在實際應用中很多時候需要對運動物體成像。相機的速度需要滿足一定要求,才能清晰準確的對物體成像。相機的幀頻和行頻首先受到晶片的幀頻和行頻的影響,晶片的設計最高速度則主要是由晶片所能承受的最高時鐘決定。

8: 工業相機的噪聲是什麼意思?

工業相機的噪聲是指成像過程中不希望被採集到的,實際成像目標外的訊號。根據歐洲相機測試標準EMVA1288 中,定義的相機中的噪聲從總體上可分為兩類:一類是由有效訊號帶來的符合泊松分佈的統計漲落噪聲,也叫散粒噪聲(shot noise),這種噪聲對任何相機都是相同的,不可避免,尤其確定的計算公式。(就是:噪聲的平方= 訊號的均值)。第二類是相機自身固有的與訊號無關的噪聲,它是由影象感測器讀出電路、相機訊號處理與放大電路等帶來的噪聲,每臺相機的固有噪聲都不一樣。另外,對數字相機來說,對視訊訊號進行模擬轉換時會產生量化噪聲,量化位數越高,噪聲越低。

9: 工業相機的信噪比什麼意思?

相機的信噪比定義為影象中訊號與噪聲的比值(有效訊號平均灰度值與噪聲均方根的比值),代表了影象的質量,影象信噪比越高,影象質量越好。

10: 工業相機中動態範圍是什麼意思?

相機的動態範圍表明相機探測光訊號的範圍,動態範圍可用兩種方法來界定,一種是光學動態範圍,指飽和時最大光強與等價於噪聲輸出的光強的比值,由晶片的特性決定。另一種是電子動態範圍,他指飽和電壓和噪聲電壓之間的比值。對於固定相機其動態範圍是一個定值,不隨外界條件變化而變化。線上性響應去,相機的動態範圍定義為飽和曝光量與噪聲等效曝光量的比值:動態範圍=光敏元的滿阱容量/等效噪聲訊號動態範圍可用倍數、dB 或Bit 等方式來表示。動態範圍大,則相機對不同的光照強度有更強的適應能力。

11:工業相機裡的像元深度是什麼意思?

數字相機輸出的數字訊號,即像元灰度值,具有特殊的位元位數,稱為像元深度。對於黑白相機這個值的方位通常是8-16bit。像元深度定義了灰度由暗道亮的灰階數。例如,對於8bit的相機0 代表全暗而255 代表全亮。介於0 和25 之間的數字代表一定的亮度指標。10bit 資料就有1024個灰階而12bit有4096個灰階。每一個應用我們都要仔細考慮是否需要非常細膩的灰度等級。從8bit上升到10bit 或者12bit 的確可以增強測量的精度,但是也同時降低了系統的速度,並且提高了系統整合的難度(線纜增加,尺寸變大),因此我們也要慎重選擇。

12: 工業相機都有哪些介面?

介面是指相機與鏡頭之間的藉口,常用的鏡頭的藉口有C口,CS口,F口。

13: 工業相機是怎麼分類的?

1. 按照晶片結構分類:CCD 相機& CMOS 相機

2. 按照感測器結構分: 面陣相機 & 線陣相機

3. 按照輸出模式分類:模擬相機 & 數字相機

4. 彩色相機&黑白相機

14: 工業相機與普通數碼相機的區別在哪裡?

1.工業相機的快門時間特別短,能清晰地抓拍快速運動的物體,而普通相機抓拍快速運動的物體非常模糊;

2.工業相機的影象感測器是逐行掃描的,而普通相機的影象感測器是隔行掃描的,甚至是隔三行掃描;

3.工業相機的拍攝速度遠遠高於普通的相機;工業相機每秒可以拍攝十幅到幾百幅的圖片,而普通相機只能拍攝2-3 幅影象;

4.工業相機輸出的是裸資料,它的光譜範圍也往往比較寬,比較適合進行高質量的影象處理演算法,普遍應用於機器視覺系統中。而普通相機拍攝的圖片,它的光譜範圍只適合人眼視覺,並且經過了MPEG 壓縮,影象質量也較差;

15: 如何選擇線陣相機?

1.計算解析度:幅寬除以最小檢測精度得出每行需要的畫素。

2.檢測精度:幅寬除以畫素得出實際檢測精度。

3.掃描行數:每秒運動速度長度除以精度得出每秒掃描行數。

根據以上計算結果選擇線陣相機舉例如下:

如幅寬為1600 毫米、精度1 毫米、運動速度22000mm/s 相機:1600/1=1600 畫素 最少2000畫素,選定為2k 相機 1600/2048=0.8 實際精度22000mm/0.8mm=27.5KHz 應選定相機為2048 畫素28kHz 相機

16: 線陣相機有哪些特點?

1.線陣相機使用的線掃描感測器通常只有一行感光單元(少數彩色線陣使用三行感光單元的感測器)

2.線陣相機每次只採集一行影象;

3.線陣相機每次只輸出一行影象;

4.與傳統的面陣相機相比,面陣掃描每次採集若干行的影象並以幀方式輸出。

17:為什麼要在機器視覺檢測中使用線陣相機?

1.線陣相機有更高的解析度;線陣相機每行畫素一般為1024,2048,4096,8012;而一般的面陣相機僅為640,768,1280,大於2048的面陣很少見。

2.線陣相機的採集速度更快;不同型號的線陣相機採集速度從每秒5000 行-60000 行不等,使用者可以選擇沒幾行或者每十幾行即構成一幀影象進行處理一次,因此可以達到很高的幀率。

3.線陣相機可以不間斷的連續採集和處理;線陣相機可以對直線運動的物體(直線導軌,滾筒上的紙張,織物,印刷品,傳送帶上的物體等)進行連續採集。

4.線陣相機有更簡單合理的構造。與面陣相機相比,線陣相機不會浪費解析度採集到無用資料。

18:什麼是智慧工業相機?

智慧工業相機並不是一臺簡單的相機,而是一種高度整合化的微小型機器視覺系統。它將影象的採集、處理與通訊功能集成於單一相機內,從而提供了具有多功能、模組化、高可靠性、易於實現的機器視覺解決方案。智慧工業相機一般由影象採集單元、影象處理單元、影象處理軟體、網路通訊裝置等構成。由於應用了最新的DSP、FPGA 及大容量儲存技術,其智慧化程度不斷提高,可滿足多種機器視覺的應用需求。

19: CCD 晶片與CMOS 晶片的主要引數有哪些?

在機器視覺中主要採用的兩類光電感測晶片分別為CCD 晶片和CMOS 晶片,CCD 是ChargeCoupled Device(電荷耦合器件)的縮寫,CMOS 是Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor(互補金氧半導體)的縮寫。無論是CCD 還是CMOS,他們的作用都是通過光電效應將光訊號轉換成電訊號(電壓/電流),進行儲存以獲得影象。CCD 晶片與CMOS 晶片的主要引數有:

1. 像元尺寸

像元尺寸指晶片像元陣列上每個像元的實際物理尺寸,通常的尺寸包括14um,10um,9um , 7um ,6.45um ,3.75um 等。像元尺寸從某種程度上反映了晶片的對光的響應能力,像元尺寸越大,能夠接收到的光子數量越多,在同樣的光照條件和曝光時間內產生的電荷數量越多。對於弱光成像而言,像元尺寸是晶片靈敏度的一種表徵。

2. 靈敏度

靈敏度是晶片的重要引數之一,它具有兩種物理意義。一種指光器件的光電轉換能力,與響應率的意義相同。即晶片的靈敏度指在一定光譜範圍內,單位曝光量的輸出訊號電壓(電流),單位可以為納安/勒克斯nA/Lux、伏/瓦(V/W)、伏/勒克斯(V/Lux)、伏/流明(V/lm)。另一種是指器件所能感測的對地輻射功率(或照度),與探測率的意義相同,。單位可用瓦(W)或勒克斯(Lux)表示。

3. 壞點數

由於受到製造工藝的限制,對於有幾百萬畫素點的感測器而言,所有的像元都是好的情況幾乎不太可能,壞點數是指晶片中壞點(不能有效成像的像元或相應不一致性大於引數允許範圍的像元)的數量,換點數是衡量晶片質量的重要引數。

4. 光譜響應

光譜響應是指晶片對於不同光波長光線的響應能力,通常用光譜響應曲線給出。

20:線陣相機與面陣相機的區別在哪裡?

線陣CCD 工業相機主要應用於工業、醫療、科研與安全領域的圖象處理。在機器視覺領域中,線陣工業相機是一類特殊的視覺機器。與面陣工業相機相比,它的感測器只有一行感光元素,因此使高掃描頻率和高解析度成為可能。線陣工業相機的典型應用領域是檢測連續的材料,例如金屬、塑料、紙和纖維等。被檢測的物體通常勻速運動 , 利用一臺或多臺工業相機對其逐行連續掃描 , 以達到對其整個表面均勻檢測。可以對其影象逐行進行處理 , 或者對由多行組成的面陣影象進行處理。另外線陣工業相機非常適合測量場合,這要歸功於感測器的高解析度 , 它可以準確測量到微米。

對於面陣CCD 來說,應用面較廣,如面積、形狀、尺寸、位置,甚至溫度等的測量。面陣CCD 的優點是可以獲取二維影象資訊,測量影象直觀。缺點是像元總數多,而每行的像元數一般較線陣少,幀幅率受到限制,而線陣CCD 的優點是一維像元數可以做得很多,而總像元數角較面陣CCD 工業相機少,而且像元尺寸比較靈活,幀幅數高,特別適用於一維動態目標的測量。

21:線陣相機是如何定義的?

線陣工業相機,機顧名思義是呈“線”狀的。雖然也是二維影象,但極長,幾K 的長度,而寬度卻只有幾個畫素的而已。一般上只在兩種情況下使用這種相機:

1、被測視野為細長的帶狀,多用於滾筒上檢測的問題。

2、需要極大的視野或極高的精度。

22:選擇工業相機的一般步驟是什麼?

第一步,首先需要知道系統精度要求和工業相機解析度;

第二步,需要知道系統速度要求與工業相機成像速度;

第三步,需要將工業相機與影象採集卡一併考慮,因為這涉及到兩者的匹配;

第四步,價格的比較。

23:如何用機器視覺系統要求的精度來計算出需要選用相機的解析度(畫素)?

知道實際檢測精度來反推該選用多大畫素的工業相機可以通過公式來計算得出:X 方向系統精度(X 方向畫素值)=視野範圍(X 方向)/CCD 晶片畫素數量( X 方向);Y 方向系統精度(Y 方向畫素值)=視野範圍(Y方向)/CCD 晶片畫素數量( Y 方向)來獲得。當然理論畫素值的得出,要由系統精度及亞畫素方法綜合考慮;

24:如何根據實際要求的檢測速度來推匯出該選用什麼速度的工業相機?

系統單次執行速度=系統成像(包括傳輸)速度+系統檢測速度,雖然系統成像(包括傳輸)速度可以根據工業相機非同步觸發功能、快門速度等進行理論計算,最好的方法還是通過軟體進行實際測試;

25:工業相機需要與影象採集卡匹配哪些才能正常使用?

工業相機需要與影象採集卡匹配好才能正常使用,一般需要匹配以下幾個:

a、視訊訊號的匹配,對於黑白模擬訊號相機來說有兩種格式,CCIR和RS170(EIA),通常採集卡都同時支援這兩種工業相機;

b、解析度的匹配,每款板卡都只支援某一解析度範圍內的相機;

c、特殊功能的匹配,如要是用相機的特殊功能,先確定所用板卡是否支援此功能,比如,要多部相機同時拍照,這個採集卡就必須支援多通道,如果相機是逐行掃描的,那麼採集卡就必須支援逐行掃描;

d、介面的匹配,確定相機與板卡的介面是否相匹配。如CameraLink、Firewire1394 等。

26:USB 介面的工業相機與1394 介面工業相機的區別在哪裡?

USB 相機與1394 相機從介面方面來說影響到我們選擇的因素主要有以下幾點:

a)協議規範:1394 裝置相關工業規範協議有50 多種,涉及到從攝像機、工業相機、等裝置。各廠家的1394 工業相機大都遵循DCAM 工業規範。而USB 工業相機的介面是近期從商業PC 應用中發展起來的商業規範。

b)供電方式:1394 工業相機操作電壓為8 到30VDC,USB 工業相機工作電壓是5VDC。從供電範圍角度看,1394介面符合工業領域單獨裝置的直流供電要求,比如12VDC 或24VDC;而USB 介面採用電子線路TTL 標準電壓供電,一般做裝置內部供電使用。

c)作業系統配合:1394 介面工業相機在系統重新啟動後能夠保持原先的地址不變,而USB 介面工業相機每次啟動後都需要系統重新分配地址的。

d)資料傳輸:1394 介面在處理多臺工業相機的資料傳輸時,有著先天的優勢。從發展背景來看,USB 介面是承接RS232 介面的新一代高速資料傳輸介面,而1394 介面的工業相機是作為替代SCSI 和PCI 匯流排的而設計的。

27:智慧工業相機與一般工業相機區別在哪裡?

智慧相機與工業相機區別,簡言之:智慧相機是一種高度整合化的微小型機器視覺系統;而工業相機是機器視覺系統的組成部分之一。

28:智慧工業相機中影象採集單元的主要功能是什麼?

在智慧相機中,影象採集單元相當於普通意義上的CCD/CMOS 相機和影象採集卡。它將光學影象轉換為模擬/數字影象,並輸出至影象處理單元。

29:智慧工業相機中影象處理單元起什麼作用

在智慧工業相機中,影象處理單元類似於影象採集、處理卡。它可對影象採集單元的影象資料進行實時的儲存,並在影象處理軟體的支援下進行影象處理。

30:智慧工業相機中影象處理軟體的主要作用是什麼?

影象處理軟體主要在影象處理單元硬體環境的支援下,完成影象處理功能。如幾何邊緣的提取、Blob、灰度直方圖、OCV/OVR、簡單的定位和搜尋等。在智慧相機中,以上演算法都封裝成固定的模組,使用者可直接應用而無需程式設計。

31:智慧工業相機中網路通訊裝置起什麼作用?

網路通訊裝置是智慧相機的重要組成部分,主要完成控制資訊、影象資料的通訊任務。智慧相機一般均內建乙太網通訊裝置,並支援多種標準網路和匯流排協議,從而使多臺智慧相機構成更大的機器視覺系統。

32:從那幾個方面來比較工業相機的幾種介面?

以下是工業相機幾種介面的比較:

介面

GigE(千兆乙太網)介面

Firewie(1394介面)

USB 介面

Camera Link介面

標準型別

Commercial

Consumer

consumer

Commercial

連線方式

點對點或LAN Link(Cat5TP-J45)

點對點共享匯流排

主/從共享匯流排

點對點(MDR b26pin)

頻寬

<1000Mb/s連續模式

<400Mb/s連續模式

<12Mb/s USB1

<480Mb/s USB2

突發模式

<2380Mb/(base)

<7140Mb(full)

連續模式

距離

<100m(no switch)

<4.5m

<5m

<10m

可連線裝置數量

Unilimited

63

127

1

PC Interface

GigE NIC

PCI Card

PCI Card

PCI Frame grabber

33:選擇工業相機時應注意什麼?

1、根據應用的不同來決定是需要選用CCD 還是CMOS 相機CCD 工業相機主要應用在運動物體的影象提取,如貼片機,當然隨著CMOS 技術的發展,許多貼片機也在選用CMOS 工業相機。用在視覺自動檢查的方案或行業中一般用CCD 工業相機比較多。 CMOS 工業相機由成本低,功耗低也應用越來越廣泛。

相關文章