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机器视觉之工业相机的分类

日期: 2020-06-26
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工业相机作为机器视觉系统中的核心部件,对于机器视觉系统的重要性是不言而喻的。按照分类的不同,相机又分为很多种:

机器视觉之工业相机的分类

1、彩色相机、黑白相机:

黑白相机直接将光强信号转换成图像灰度值,生成的是灰度图像;彩色相机能获得景物中红、绿、蓝三个分量的光信号,输出彩色图像。彩色相机能够提供比黑白相机更多的图像信息。彩色相机的实现方法主要有两种,棱镜分光法和Bayer滤波法。棱镜分光彩色相机,利用光学透镜将入射光线的R、G、B分量分离,在三片传感器上分别将三种颜色的光信号转换成电信号,最后对输出的数字信号进行合成,得到彩色图像。


2、CCD相机、CMOS相机

芯片主要差异在于将光转换为电信号的方式。对于CCD传感器,光照射到像元上,像元产生电荷,电荷通过少量的输出电极传输并转化为电流、缓冲、信号输出。对于CMOS传感器,每个像元自己完成电荷到电压的转换,同时产生数字信号。


3、按靶面类型分类:面阵相机、线阵相机

相机不仅可以根据传感器技术进行区分,还可以根据传感器架构进行区分。有两种主要的传感器架构:面扫描和线扫描。面扫描相机通常用于输出直接在监视器上显示的场合。线扫描相机用于连续运动物体成像或需要连续的高分辨率成像的场合。线扫描相机的一个自然的应用是静止画面(Web Inspection)中要对连续产品进行成像,比如纺织、纸张、玻璃、钢板等。同时,线扫描相机同样适用于电子行业的非静止画面检测。像德国Kappa相机根据它CCD的规格也会有线阵、面阵之分。


4 按输出模式分类:模拟相机、数字相机

根据相机数据输出模式的不同分为模拟相机和数字相机,模拟相机输出模拟信号,数字相机输出数字信号。模拟相机和数字相机还可以进一步细分,比如德国Kappa相机按数据接口又包括:USB 2.0接口、EE 1394 a / Fire Wire、Camera Link 接口、千兆以太网接口。模拟相机分为逐行扫描和隔行扫描两种,隔行扫描相机又包含EIA、NTSC、CCIR、PAL等标准制式。有关接口技术的详细介绍请参考采集卡及采集技术部分。


在选择一款工业数字相机时,物体成像的速度必须充分考虑好。例如,假设在拍摄过程中,物体在曝光中没有移动,可用相对简单和便宜的工业相机;对于静止或缓慢移动的物体,面阵工业相机最适合于对静止或移动缓慢的物体成像。因为整个面阵区域必须一次曝光,在曝光时间当中任何的移动会导致图像的模糊,但是,运动模糊可以通过减少曝光时间或使用闪光灯来控制;对于快速移动的物体,当对运动的物体使用一个面阵工业相机时,需要考虑在曝光时间当中处于工业相机当中的运动对象数量,还需要考虑物体上能用一个像素表征的最小特征,也就是对象分辨率,在采集运动物体的图像的拇指规则就是曝光必须发生在采集物体移动量小于一个像素的时间内。如果你采集的物体是在以1厘米/秒的速度匀速移动,而且物体分辨率已经设置为1 pixel/mm,那么需要的最大曝光时间是1/10每秒。因为物体移动一个距离恰好等于相机传感器中的一个像素,当使用最大曝光时间时这里会有一定数量的模糊。在这种情况下,一般倾向于将曝光时间设置的比最大值要快,比如1/20每秒,就能保持物体在移动半个像素内成像。如果同样的物体以1厘米/秒的速度移动,物体分辨率为1 pixel/微米,那么一秒中所需要的最大曝光是1/10000.曝光设置的对快取决于所采用的相机,还有你是否能够给物体足够的光来获得一幅好的图像。

机器视觉之工业相机的分类

机器视觉系统中,获得一张高质量的可处理的图像是至关重要。系统之所以成功,首先要保证图像质量好,特征明显,。一个机器视觉项目之所以失败,大部分情况是由于图像质量不好,特征不明显引起的。要保证好的图像,必须要选择一个合适的光源。


光源选型基本要素

光源选型基本要素: 对比度:对比度对机器视觉来说非常重要。机器视觉应用的照明的最重要的任务就是使需要被观察的特征与需要被忽略的图像特征之间产生最大的对比度,从而易于特征的区分。对比度定义为在特征与其周围的区域之间有足够的灰度量区别。好的照明应该能够保证需要检测的特征突出于其他背景。


亮度:当选择两种光源的时候,最佳的选择是选择更亮的那个。当光源不够亮时,可能有三种不好的情况会出现。第一,相机的信噪比不够;由于光源的亮度不够,图像的对比度必然不够,在图像上出现噪声的可能性也随即增大。其次,光源的亮度不够,必然要加大光圈,从而减小了景深。另外,当光源的亮度不够的时候,自然光等随机光对系统的影响会最大。

机器视觉之工业相机的分类

鲁棒性:另一个测试好光源的方法是看光源是否对部件的位置敏感度最小。当光源放置在摄像头视野的不同区域或不同角度时,结果图像应该不会随之变化。方向性很强的光源,增大了对高亮区域的镜面反射发生的可能性,这不利于后面的特征提取。


好的光源需要能够使你需要寻找的特征非常明显,除了是摄像头能够拍摄到部件外,好的光源应该能够产生最大的对比度、亮度足够且对部件的位置变化不敏感。光源选择好了,剩下来的工作就容易多了。具体的光源选取方法还在于试验的实践经验:


1、环形光源

提供不同照射角度、不同颜色组合,更能突出物体的三维信息;高密度LED阵列,高亮度;多种紧凑设计,节省安装空间;解决对角照射阴影问题;可选配漫射板导光,光线均匀扩散。应用于:PCB基板检测,IC元件检测,显微镜照明,液晶校正,塑胶容器检测,集成电路印字检查。


2、背光源

用高密度LED阵列面提供高强度背光照明,能突出物体。的外形轮廓特征,尤其适合作为显微镜的载物台。红白两用背光源、红蓝多用背光源,能调配出不同颜色,满足不同被测物多色要求。应用于:机械零件尺寸的测量,电子元件、IC的外型检测,胶片污点检测,透明物体划痕检测等。


3、条形光源

较大方形结构被测物的首选光源;颜色可根据需求搭配,自由组合;照射角度与安装随意可调。应用于:金属表面检查,图像扫描,表面裂缝检测,LCD面板检测等。


4、同轴光源 光的一致性好


可以消除物体表面不平整引起的阴影,从而减少干扰;部分采用分光镜设计,减少光损失,提高成像清晰度,均匀照射物体表面。应用于:系列光源最适宜用于反射度极高的物体,如金属、玻璃、胶片、晶片等表面的划伤检测,芯片和硅晶片的破损检测,Mark点定位,包装条码识别。


5、AOI专用光源

不同角度的三色光照明,照射凸显焊锡三维信息;外加漫射板导光,减少反光;不同角度组合;应用于:电路板焊锡检测。


6、球积分光源

具有积分效果的半球面内壁,均匀反射从底部360度发射出的光线,使整个图像的照度十分均匀。应用于:合于曲面,表面凹凸,弧形表面检测,或金属、玻璃表面反光较强的物体表面检测。


7、线形光源

超高亮度,采用柱面透镜聚光,适用于各种流水线连续检测场合。:阵相机照明专用,AOI专用。


8、点光源

大功率LED,体积小,发光强度高;光纤卤素灯的替代品,尤其适合作为镜头的同轴光源等;高效散热装置,大大提高光源的使用寿命。应用于:适合远心镜头使用,用于芯片检测,Mark点定位,晶片及液晶玻璃底基校正。


9、组合条形光源

四边配置条形光,每边照明独立可控;可根据被测物要求调整所需照明角度,适用性广。应用案例:CB基板检测,IC元件检测,焊锡检查,Mark点定位,显微镜照明,包装条码照明,球形物体照明等。


10、对位光源

对位速度快;视场大;精度高;体积小,便于检测集成;亮度高,可选配辅助环形光源。是全自动电路板印刷机对位的专用光源。

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