工業相機基礎知識和選型

相機的成像原理

物體反射光線,經過鏡頭縮小成像在感光芯片(CMOS/CCD)上

感光芯片

像元尺寸

像元是組成數字圖像的最小單元,像元尺寸和像元數(分辨率)共同決定瞭相機靶面的大小

像元尺寸從某種程度上反映瞭芯片的對光的響應能力,一般情況下,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。

通常工業相機像元尺寸為2μm~14μm

分辨率

分辨率是指的是感光芯片上像元的數量。

常用的工業面陣相機分辨率有50萬、130萬、200萬、500萬等。

對於線陣相機而言,分辨率就是傳感器水平方向上的像素數,常見有1K、2K、6K等。

分辨率不是越大越好,分辨率太大,對處理性能要求越高。

下圖是600萬像素相機的參數

分辨率 3072 x 2048=6291456

彩色相機和黑白相機的區別

真彩色相機

每個像素由3個像元組成,3個像元分別裝上RGB三種濾鏡,就能得到三種光的亮度。合成即可得到彩色照片。

偽彩色相機

偽彩色相機為什麼成立

什麼時候用黑白相機,什麼時候用彩色相機

除非實現的需求是與圖像顏色有關,否則使用黑白相機

在工業相機應用裡,彩色圖像一般是以Bayer格式傳輸,最後再轉變成RGB24的格式。

對應到每個像素,它的RGB色彩分量,需要從附近的點來補充,這就導致,圖像邊緣處會出現偽彩色,精度會下降,而黑白相機是沒有這個問題的。

CCD 和 CMOS 的區別

CCD 和 CMOS 主要的區別在於信號的讀出過程不同

CCD/CMOS 區別一瀏覽

工業相機的快門

機械快門工作過程

工業相機一般都具備電子快門特性,電子快門不需任何機械部件。

相機采用電子脈沖長度控制相機傳感器對光的積分時間。

https://www.zhihu.com/video/1640041274450464768

全局快門

卷簾快門存在果凍現象

全局曝光和卷簾曝光應該怎麼選擇

  • 拍攝高速運動物體,必須選擇全局曝光
  • 對光照均勻度要求很高的應用,選擇全局曝光
  • 低速運動的物體,選擇卷簾曝光,獲取更高的幀率、更好的成像質量

相機的重要參數

曝光

曝光簡單說,就是光線在感光芯片上的作用強度

增益

增益在數碼相機中,叫做ISO。提高增益,就是提高傳感器的感光度

  • 高感光度對光線靈敏,同時對噪雜信號也靈敏,信噪比小,所以高感光度噪點也多
  • 優先使用曝光時間調節圖像亮度。在不過曝的前提下,增加曝光時間可以增加信噪比,使圖像清晰。
  • 對於很弱的信號,曝光時間也不能無限增加,因為隨著曝光時間的增加,噪音也會積累。
  • 增益的使用場景:高速拍攝場景,增加曝光時間會導致拖影
  • 一般相機增益都產生很大噪音的,所以幾乎不怎麼用

幀率

指每秒采集圖像的數量,單位為幀數每秒(Frames per Second),簡稱:FPS 或“赫茲(Hz)”

靶面尺寸

靶面尺寸指,感光芯片的尺寸

像素位深

像素深度是指每位像素數據的位數,通常用多少比特位表示

鏡頭的安裝接口

1.螺紋接口:C、CS、M12、M42、M58

2.卡口:佳能EF接口、尼康F接口

輸出接口

白平衡

白平衡是對紅、綠、藍三個分量的平衡,以使相機能反映實際景物真實顏色

分辨率要如何確定

1.知道客戶要求的精度,以及拍攝的視野范圍,直接視野尺寸除以精度,得出分辨率

思路:1個精度尺寸至少需要1個像元來識別,視野范圍對應整個感光芯片,計算出視野范圍包含多少個精度尺寸,就是感光芯片需要多少個像元,若是缺陷檢測,通常不會隻用1個像素表示1個精度,而是乘以3-4倍

解法:分辨率=(視野高/精度)×(視野寬/精度) x3

例題:

已知客戶的視野大小為16*12mm,要求精度為0.02mm,則應該選用多大分辨率相機

解:

分辨率 =(視野高/精度)x(視野寬/精度) x3

=(16/0.02)×(12/0.02)×3

= 800 x 600 x3

=1440000

建議選擇高於144萬像素的相機,常見的分辨率為160萬像素

海康工業相機的型號怎麼看

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