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工業(yè)相機(jī)的主要參數(shù)講解

隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來，智能化變得越來越重要，工業(yè)相機(jī)對(duì)智能化的提升是有目共睹的，英萊科技主營(yíng)業(yè)務(wù)從事激光視覺系統(tǒng)的研發(fā)及生產(chǎn)，項(xiàng)目中經(jīng)常涉及到工業(yè)相機(jī)，了解相關(guān)的參數(shù)是我們每一個(gè)工程師所必備的，現(xiàn)對(duì)工業(yè)相機(jī)鏡頭參數(shù)進(jìn)行解釋說明（部分為普通相機(jī)概念），希望對(duì)從業(yè)人員及愛好者有所幫助。

 

 

工業(yè)相機(jī)相比于傳統(tǒng)的民用相機(jī)而言，具有高的圖像穩(wěn)定性、高傳輸能力和高抗干擾能力等。市面上工業(yè)相機(jī)大多是基于CCD（Charge Coupled Device）或CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）芯片的相機(jī)。

 

工業(yè)相機(jī)與普通相機(jī)的區(qū)別

 

隨著生活質(zhì)量的提高，相近相機(jī)已經(jīng)逐漸走進(jìn)了我們的日常生活，日常活動(dòng)，外出旅游，我們都會(huì)考慮帶著相機(jī)出門，在介紹工業(yè)相機(jī)之前，讓我們先來看一下，工業(yè)相機(jī)去普通相機(jī)的區(qū)別有哪些：

 

 ● 工業(yè)相機(jī)的性能穩(wěn)定可靠易于安裝，相機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊結(jié)實(shí)不易損壞，連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，可在較差的環(huán)境下使用，一般的數(shù)碼相機(jī)是做不到這些的。

例如：讓民用數(shù)碼相機(jī)一天工作24小時(shí)或連續(xù)工作幾天肯定會(huì)受不了的。

 

 ● 工業(yè)相機(jī)的快門時(shí)間很短，可以抓拍高速運(yùn)動(dòng)的物體。

例如，把名片貼在電風(fēng)扇扇葉上，以高速度旋轉(zhuǎn)，設(shè)置合適的快門時(shí)間，用工業(yè)相機(jī)抓拍一張圖像，仍能夠清晰辨別名片上的字體。用普通的相機(jī)來抓拍，是不可能達(dá)到同樣效果的。

 

 ● 工業(yè)相機(jī)的圖像傳感器是逐行掃描的，而普通的相機(jī)的圖像傳感器是隔行掃描的。逐行掃描的圖像傳感器生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，成品率低，出貨量少，世界上只有少數(shù)公司能夠提供這類產(chǎn)品，例如安森美、索尼，而且價(jià)格昂貴。

 

 ● 工業(yè)相機(jī)的幀率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通相機(jī)。

工業(yè)相機(jī)每秒可以拍攝十幅到幾百幅圖片，而普通相機(jī)只能拍攝2-3幅圖像，相差較大。

 

 ● 工業(yè)相機(jī)輸出的是裸數(shù)據(jù)(raw data)，其光譜范圍也往往比較寬，比較適合進(jìn)行高質(zhì)量的圖像處理算法，例如機(jī)器視覺(Machine Vision)應(yīng)用。而普通相機(jī)拍攝的圖片，其光譜范圍只適合人眼視覺，并且經(jīng)過了mjpeg壓縮，圖像質(zhì)量較差，不利于分析處理。

 ● 工業(yè)相機(jī)相對(duì)普通相機(jī)來說價(jià)格較貴。

 

工業(yè)相機(jī)的主要參數(shù)

 

 ● 基本的參數(shù)——像素?cái)?shù)：指的是一款傳感器的大圖像素?cái)?shù)。通常相機(jī)的像素排列是矩形的，可以認(rèn)為像素是按照固定的間隔排列的小方格，填充整個(gè)相機(jī)成像平面。

 

 ● 多提及的參數(shù)——分辨率：單位面積上所包含的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)。通常情況下圖像分辨率越高圖像越清晰。

 

 ● 重要的參數(shù)——曝光/快門速度：指將感光元件置于光照下多長(zhǎng)時(shí)間。時(shí)間的長(zhǎng)短直接導(dǎo)致成像的明暗。長(zhǎng)，進(jìn)光量多，圖像明亮，適用于光照較差的環(huán)境；短，進(jìn)光量短，圖像暗，適用于光照充足的情況。

 

 ● 容易被忽視的參數(shù)——像素尺寸/靶面尺寸：像素和像素尺寸決定著靶面尺寸。目前工業(yè)數(shù)字相機(jī)像元尺寸一般為3um~10um，靶面尺寸一般為1/2寸、1/3寸等。在同等鏡頭的條件下，根據(jù)成像原理可知，像素尺寸和靶面尺寸越大的成像效果會(huì)更好。

 

 ● 應(yīng)該了解的參數(shù)——幀率：指的是一秒鐘內(nèi)可以采集多少幅圖像。一般CCD相機(jī)需要增加采集卡（模擬轉(zhuǎn)數(shù)字），受解析格式影響幀率較固定PAL  25幀NTSC 30幀。CMOS屬于數(shù)字相機(jī)，幀率一般可通過自身設(shè)定軟件等手段更改。目前較快幀率可達(dá)幾十萬幀。

 

 ● 你不一定知道的參數(shù)——像素深度：每個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)由多少位（bit）數(shù)，常見的有8bit,10bit,12bit。由于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)一般以8bit為倍數(shù)，千萬不要想當(dāng)然就是8bit喲！在圖像處理時(shí)，位數(shù)越多表示的范圍越大，對(duì)軟件可調(diào)整范圍也就越大，當(dāng)然隨之而來的就是內(nèi)存的增加和和存儲(chǔ)方式的復(fù)雜度增加。

 

 ● 一個(gè)重要的模式——HDR：可以自動(dòng)拍清楚強(qiáng)光下弱光的細(xì)節(jié)。如果你還是不懂，可能聽過一句廣告：逆光也清晰。

 

接下來說一說一般情況下不需要你調(diào)整的，但確實(shí)很重要的參數(shù)或固有參數(shù)：

 

 ● 低照度：是衡量工業(yè)相機(jī)優(yōu)劣的一個(gè)重要參數(shù)，有時(shí)省掉“低”兩個(gè)字而直接簡(jiǎn)稱照度。它指的是當(dāng)被攝景物的光亮度低到一定程度而使工業(yè)相機(jī)輸出的視頻信號(hào)電平低到某一規(guī)定值時(shí)的景物光亮度值。

 

 ● 噪聲：噪聲是指成像過程中不希望被采集到的，實(shí)際成像目標(biāo)之外的信號(hào)。總體上分為兩類，一類是由有效信號(hào)帶來的散粒噪聲，這種噪聲對(duì)相機(jī)都存在；另一類是相機(jī)本身固有的與信號(hào)無關(guān)的噪聲。它是由于圖像傳感器讀出電路、相機(jī)信號(hào)處理與放大電路帶來的固有噪聲，每臺(tái)相機(jī)的固有噪聲都不一樣。

 

 ● 信噪比：是指一個(gè)電子設(shè)備或者電子系統(tǒng)中信號(hào)與噪聲的比例，信號(hào)噪聲比值的10為底對(duì)數(shù)的20倍。CCD 工業(yè)相機(jī)的信噪比的典型值一般為 45---55dB。代表了圖像的質(zhì)量，圖像信噪比越高，相機(jī)性能和圖像質(zhì)量越好。

 

 ● 白平衡與黑平衡：白平衡是彩色工業(yè)相機(jī)的重要參數(shù)，它直接影響重現(xiàn)圖像的彩色效果，當(dāng)工業(yè)相機(jī)的白平衡設(shè)置不當(dāng)時(shí)，輸出圖像就會(huì)出現(xiàn)偏色現(xiàn)象，特別是會(huì)使原本不帶色彩的景物也著上了顏色。黑平衡也是彩色工業(yè)相機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)，它是指工業(yè)相機(jī)在拍攝黑色景物或者蓋上鏡頭蓋時(shí)，輸出的 3 個(gè)基本電平應(yīng)相等，使在監(jiān)視器屏幕上出現(xiàn)純黑色。

 

 ● 增益：經(jīng)過雙采樣之后的模擬信號(hào)的放大增益。由于在對(duì)圖像信號(hào)進(jìn)行放大的過程中同時(shí)也會(huì)放大噪聲信號(hào),因此通常把放大器增益設(shè)為小,曝光和增益是直接控制傳感器(CCD/CMOS)上讀出來的數(shù)據(jù)，是要優(yōu)先調(diào)節(jié)的，以調(diào)節(jié)曝光時(shí)間為主。在不過曝的前提下，增加曝光時(shí)間可以增加信噪比，使圖像清晰。當(dāng)然，對(duì)于很弱的信號(hào)，曝光也不能無限增加，因?yàn)殡S著曝光時(shí)間的增加，噪聲也會(huì)積累， 曝光補(bǔ)償就是增加拍攝時(shí)的曝光量。增益一般只是在信號(hào)弱，但不想增加曝光時(shí)間的情況下使用，一般相機(jī)增益都產(chǎn)生很大噪音。

 

工業(yè)相機(jī)的分類

東西分類一定有它自己的分類標(biāo)準(zhǔn)，工業(yè)相機(jī)也不例外。

 ● 按照芯片類型可以分為CCD相機(jī)、CMOS相機(jī)；

 ● 按照傳感器的結(jié)構(gòu)特性可以分為線陣相機(jī)、面陣相機(jī)；

 ● 按照掃描方式可以分為隔行掃描相機(jī)、逐行掃描相機(jī)；

 ● 按照分辨率大小可以分為普通分辨率相機(jī)、高分辨率相機(jī)；

 ● 按照輸出信號(hào)方式可以分為模擬相機(jī)、數(shù)字相機(jī)；

 ● 按照輸出色彩可以分為單色（黑白）相機(jī)、彩色相機(jī)；

 ● 按照輸出信號(hào)速度可以分為普通速度相機(jī)、高速相機(jī)；

 ● 按照響應(yīng)頻率范圍可以分為可見光（普通）相機(jī)、紅外相機(jī)、紫外相機(jī)等。

 

工業(yè)相機(jī)一般安裝在機(jī)器流水線上代替人眼來做測(cè)量和判斷，通過數(shù)字圖像攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，類似人類的眼睛，隨著人工智能的進(jìn)一步發(fā)展，相信更先進(jìn)，更穩(wěn)定，更敏捷的工業(yè)相機(jī)在不久的將來也會(huì)被應(yīng)用到我們的日常生活當(dāng)中，讓我們拭目以待。

 

好了關(guān)于工業(yè)相機(jī)，今天小編就像您介紹這么多，希望對(duì)您有所幫助。了解更多知識(shí)，可以關(guān)注英萊科技，每周五更新，讓我們共同進(jìn)步。

 

 

 

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