随着工业4.0的到来,机器视觉系统在智能(néng)制造领域的应用(yòng)越来越广泛,相机是机器视觉的重要组成部分(fēn),合适的相机决定了系统应用(yòng)的好坏。
因此,选择合适的工业相机非常重要,本文(wén)主要介绍如何选择合适的工业相机
选择合适的相机是机器视觉系统设计中的重要环节,相机的选择不仅直接决定所采集到的图像分(fēn)辨率、图像质量等,同时也与整个系统的运行模式直接相关。
对于静止检测或者一般低速的检测,优先考虑面阵相机,对于大幅面高速运动或者滚轴等运动的特殊应用(yòng)考虑使用(yòng)線(xiàn)阵相机。
根据检测的速度,选择相机的帧率一定要大于物(wù)體(tǐ)运动的速度,一定要在相机的曝光和传输时间内完成。
而在实际检测中实现同样的目的可(kě)以有(yǒu)多(duō)种不同的解决办法,相机的选择也就有(yǒu)了更多(duō)空间。
相机的帧率决定着设备的测量效率,如相机的帧率是30FPS,则每秒(miǎo)钟最多(duō)拍摄30次。
通常来说,相机的分(fēn)辨率越低,同样的接口,帧率也会越高;而分(fēn)辨率越高,帧率也会越低。帧率*分(fēn)辨率≤总線(xiàn)带宽,即在接口一定(总線(xiàn)带宽已经确定),分(fēn)辨率一定时,帧率也是有(yǒu)其最大值的。
既要想相机的分(fēn)辨率快,又(yòu)要想相机的帧率高,那么就需要找更大带宽的总線(xiàn),也就是相机的输出接口。
相机的最小(xiǎo)曝光时间,可(kě)以决定目标的运动速度。
或者反过来说,目标的运动速度,对相机的最小(xiǎo)曝光时间提出了要求。
假设我们的目标运动速度是1mm/S,测量精度是0.01mm/pixel,那么我们必须考虑,物(wù)體(tǐ)的运动引起的拖影必须要小(xiǎo)于我们的精度0.01mm,目标移动0.01mm,需要用(yòng)时10ms,这就要求相机的曝光时间必须小(xiǎo)于10ms,如果大于这个曝光时间,那么仅仅物(wù)體(tǐ)运动引起的模糊就会大于0.01mm,这时的精度已经无法达到0.010.01mm/pixel了。
同等像素条件下,各种接口的总線(xiàn)其相机帧率是不一样的。
CameraLink>USB3>GIGE>1394B>USB2,1394A。
现在较快的是Camera Link总線(xiàn),USB3的理(lǐ)论速度达到了5Gbps即640MB,实际表现来看,应该有(yǒu)80%的有(yǒu)效带宽,即有(yǒu)512M左右的总带宽可(kě)供实际传输,这样如果一个500万像素的相机,每幅图像5M,那么也可(kě)能(néng)达到100帧每秒(miǎo),速度是非常快的。
而对于GIGE千兆网相机,500万像素的相机,较快的可(kě)以做到23FPS。
1394B的500万像素相机可(kě)以做到13FPS,USB2,1394A一般為(wèi)5~6帧的样子。
工业相机一般安装在机器流水線(xiàn)上代替人眼来做测量和判断,通过数字图像摄取目标转换成图像信号,传送给专用(yòng)的图像处理(lǐ)系统,图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征,进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。
知道系统精度要求和相机分(fēn)辨率,可(kě)以通过公式:
X方向系统精度(X方向像素值)=视野范围(X方向)/CCD芯片像素数量( X方向)
Y方向系统精度(Y方向像素值)=视野范围(Y方向)/CCD 芯片像素数量( Y方向)
系统单次运行速度=系统成像(包括传输)速度+系统检测速度
虽然系统成像(包括传输)速度可(kě)以根据相机异步触发功能(néng)、快门速度等进行理(lǐ)论计算,好的方法还是通过软件进行实际测试。
将相机与图像采集卡一并考虑,因為(wèi)这涉及到两者的匹配
视频信号的匹配:对于黑白模拟信号相机来说有(yǒu)两种格式,CCIR和RS170(EIA),通常采集卡都同时支持这两种相机;
每款板卡都只支持某一分(fēn)辨率范围内的相机;
如要是用(yòng)相机的特殊功能(néng),先确定所用(yòng)板卡是否支持此功能(néng),比如,要多(duō)部相机同时拍照,这个采集卡就必须支持多(duō)通道,如果相机是逐行扫描的,那么采集卡就必须支持逐行扫描。
确定相机与板卡的接口是否相匹配。如CameraLink、GIGE、CoxPress、USB3.0等。
在满足您对检测的必要需求后,最后才应该是价格的比较
如我们的检测任務(wù)是尺寸测量,产品大小(xiǎo)是18mm*10mm,精度要求是0.01mm,流水線(xiàn)作业,检测速度是10件/秒(miǎo),现场环境是普通工业环境,不考虑干扰问题。
首先我们知道是流水線(xiàn)作业,速度比较快,因此选用(yòng)逐行扫描相机,视野大小(xiǎo)我们可(kě)以设定為(wèi)20mm*12mm(考虑每次机械定位的误差,将视野比物(wù)體(tǐ)适当放大)。
假如我们能(néng)够取到很(hěn)好的图像(比如可(kě)以打背光),而且我们软件的测量精度可(kě)以考虑1/2亚像素精度,那么我们需要的相机分(fēn)辨率就是20/0.01/2=1000pixcel(像素),另一方向是12/0.01/2=600pixcel,也就是说我们相机的分(fēn)辨率至少需要1000*600pixcel,帧率在10帧/秒(miǎo),因此选择1024*768像素(软件性能(néng)和机械精度不能(néng)精确的情况下也可(kě)以考虑1280*1024pixcel),帧率在10帧/秒(miǎo)以上的即可(kě)。
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