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一文淺談高速相機(jī)

放人 ? 來源:電阻率 ? 作者:電阻率 ? 2022-12-13 16:26 ? 次閱讀

高速相機(jī)是工業(yè)相機(jī)的一種,一般高速相機(jī)指的是數(shù)字工業(yè)相機(jī),其一般安裝在機(jī)器流水線上代替人眼來做測量和判斷,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)。

高速相機(jī),相比起普通相機(jī),高速相機(jī)具有高圖像穩(wěn)定性、高傳輸能力和高抗干擾能力等。

原理

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)。CCD是機(jī)器視覺最為常用的圖像傳感器。它集光電轉(zhuǎn)換及電荷存貯、電荷轉(zhuǎn)移、信號(hào)讀取于一體,是典型的固體成像器件。CCD的突出特點(diǎn)是以電荷作為信號(hào),而不同于其它器件是以電流或者電壓為信號(hào)。這類成像器件通過光電轉(zhuǎn)換形成電荷包,而后在驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下轉(zhuǎn)移、放大輸出圖像信號(hào)。典型的CCD相機(jī)由光學(xué)鏡頭、時(shí)序及同步信號(hào)發(fā)生器、垂直驅(qū)動(dòng)器模擬/數(shù)字信號(hào)處理電路組成。CCD作為一種功能器件,與真空管相比,具有無灼傷、無滯后、低電壓工作、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。CMOS圖像傳感器的開發(fā)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代初,90年代初期,隨著超大規(guī)模集成電路(VLSI)制造工藝技術(shù)的發(fā)展,CMOS圖像傳感器得到迅速發(fā)展。CMOS圖像傳感器將光敏元陣列、圖像信號(hào)放大器、信號(hào)讀取電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、圖像信號(hào)處理器控制器集成在一塊芯片上,還具有局部像素的編程隨機(jī)訪問的優(yōu)點(diǎn)。CMOS圖像傳感器以其良好的集成性、低功耗、高速傳輸和寬動(dòng)態(tài)范圍等特點(diǎn)在高分辨率和高速場合得到了廣泛的應(yīng)用。

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任何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。

高速相機(jī)一般采用CameraLink接口,也有采用USB 3.0接口的.CameraLink接口需要在電腦機(jī)箱內(nèi)安裝專用的采集卡;而USB 3.0接口則無需專用采集卡,因此使用更方便,筆記本電腦連接也很方便.

選擇

做圖像處理,處理的對(duì)像是從工業(yè)相機(jī)來的圖像,所以,工業(yè)相機(jī)的選擇是不可缺少而且非常重要的一步。

首先要弄明白的是自己的檢測任務(wù),是靜態(tài)拍照還是動(dòng)態(tài)拍照、拍照的頻率是多少、是做缺陷檢測還是尺寸測量或者是定位、產(chǎn)品的大小(視野)是多少、需要達(dá)到多少精度、所用軟件的性能、現(xiàn)場環(huán)境情況如何、有沒有其它的特殊要求等。如果是動(dòng)態(tài)拍照,運(yùn)動(dòng)速度是多少,根據(jù)運(yùn)動(dòng)速度選擇最小曝光時(shí)間以及是否需要逐行掃描的相機(jī);而相機(jī)的幀率(最高拍照頻率)跟像素有關(guān),通常分辨率越高幀率越低,不同品牌的工業(yè)相機(jī)的幀率略有不同;根據(jù)檢測任務(wù)的不同、產(chǎn)品的大小、需要達(dá)到的分辨率以及所用軟件的性能可以計(jì)算出所需工業(yè)相機(jī)的分辨率;現(xiàn)場環(huán)境最要考慮的是溫度、濕度、干擾情況以及光照條件來選擇不同的工業(yè)相機(jī)。

舉例說明:如我們的檢測任務(wù)是尺寸測量,產(chǎn)品大小是18mm*10mm,精度要求是0.01mm,流水線作業(yè),檢測速度是10件/秒,現(xiàn)場環(huán)境是普通工業(yè)環(huán)境,不考慮干擾問題。首先我們知道是流水線作業(yè),速度比較快,因此選用逐行掃描相機(jī);視野大小我們可以設(shè)定為20mm*12mm(考慮每次機(jī)械定位的誤差,將視野比物體適當(dāng)放大),假如我們能夠取到很好的圖像(比如可以打背光),而且我們軟件的測量精度可以考慮1/2亞像素精度,那么我們需要的相機(jī)分辨率就是20/0.01/2=1000pixcel(像素),另一方向是12/0.01/2=600pixcel,也就是說我們相機(jī)的分辨率至少需要1000*600pixcel,幀率在10幀/秒,因此選擇1024*768像素(軟件性能和機(jī)械精度不能精確的情況下也可以考慮1280*1024pixcel),幀率在10幀/秒以上的即可。

一般高速相機(jī)指的是數(shù)字工業(yè)相機(jī),其一般安裝在機(jī)器流水線上代替人眼來做測量和判斷,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),圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征,進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動(dòng)作。廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)檢測、制藥、印刷、電子電氣制造、以及更高要求的行業(yè)。

應(yīng)用領(lǐng)域

1、工業(yè)領(lǐng)域,如開發(fā)金屬材料及樹脂材料時(shí),用來觀察材料受到?jīng)_擊時(shí)內(nèi)部裂紋產(chǎn)生的方向、狀態(tài)等,可用來分析材料被破壞時(shí)物質(zhì)的結(jié)構(gòu);

2、體育項(xiàng)目上,如捕捉棒球及高爾夫球擊球時(shí)球的狀態(tài)、與空氣產(chǎn)生的阻力等等,

3、包裝和標(biāo)簽行業(yè)的印刷過程中,能夠?qū)崟r(shí)檢測到高速印刷中非常細(xì)微的印刷缺陷。發(fā)現(xiàn)印刷缺陷可以為生產(chǎn)提供有價(jià)值的信息,以便在生產(chǎn)過程中采取措施,減少最終的損失。各種印刷中常見的缺陷如劃痕、灰塵、漏印、墨痕和褶皺等都可以輕松被檢測出來。不但提高投資回報(bào)和減少廢品發(fā)出,更提高了客戶滿意度和信任度。

4、在開發(fā)產(chǎn)品和驗(yàn)證產(chǎn)品等方面,數(shù)字工業(yè)相機(jī)對(duì)被攝物的大小沒有限制,根據(jù)鏡頭的條件,既可拍攝一般物質(zhì),也可用于顯微鏡攝影。

該產(chǎn)品提供SDK和Demo程序源碼,可以很靈活的進(jìn)行二次開發(fā)。

5、軍事領(lǐng)域:火藥爆破分析.彈道分析.炸藥爆炸,子彈出膛,火箭發(fā)射.煙火分析,防御裝置設(shè)計(jì),撞擊分析,武器機(jī)械運(yùn)動(dòng)分析,火藥點(diǎn)火過程,飛行分析,穿甲過程分析,槍火分析等

6、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng).高分辨率高速顯微鏡成像.細(xì)胞高速成像;生物力學(xué);生物運(yùn)動(dòng)分析;動(dòng)物仿真學(xué);動(dòng)物動(dòng)作分析;人體步態(tài)分析;昆蟲或鳥類翅膀運(yùn)動(dòng);康復(fù)物理治療.細(xì)胞、瓣膜運(yùn)動(dòng)、出血觀察;吞咽、呼吸道鞭毛運(yùn)動(dòng).汽車測試領(lǐng)域:安全氣囊分析;機(jī)器人動(dòng)作分析;擺臂分析;撞擊試驗(yàn);結(jié)構(gòu)分析;防護(hù)裝置性能測試;氣缸噴流

7、體育運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域:仿真設(shè)備測試;運(yùn)動(dòng)動(dòng)作姿態(tài)分析;沖線瞬間拍攝;羽毛球,網(wǎng)球,田徑運(yùn)動(dòng),兵乓球動(dòng)作姿態(tài)分析;高爾夫動(dòng)作;體育運(yùn)動(dòng)輔助訓(xùn)練

8、影視制作領(lǐng)域:動(dòng)畫制作;廣告攝影;電視電影;動(dòng)畫特效;

9、能源化工領(lǐng)域:氣相流,粒子測速系統(tǒng);化學(xué)結(jié)晶過程;噴流,噴霧流體分析,燃燒過程;火焰分析;微通道流;

10、其他專業(yè)領(lǐng)域:跌落試驗(yàn);振動(dòng)分析;沖擊分析;焊接;繞線;切削;壓膜成型.印刷分析;瓶蓋測試;煙草機(jī)械;運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)作分析或故障診斷,產(chǎn)品研發(fā)測試、力學(xué)彈性分析,放電分析等

11、高速粒子成像測速;瞬間物理現(xiàn)象;高速碰撞研究;顯微高速成像;汽車碰撞測試;材料測試;張力測試;顯微鏡學(xué);氣囊膨脹實(shí)驗(yàn);快速流體觀測;噴霧成像分析;流體力學(xué);燃料注入;電閘放電;燃燒過程分析;半導(dǎo)體質(zhì)量控制;自然界和醫(yī)學(xué)上的快速成像研究;彈道學(xué);超慢動(dòng)作電影剪切;高速生物學(xué)現(xiàn)象觀測(肌肉收縮);交通控制等等

產(chǎn)品特點(diǎn)

1、高速LVDS數(shù)字工業(yè)相機(jī)具有分辨率高、圖像質(zhì)量好,分辨率可達(dá)1280 x 1024、1600 x 1200、

2048×1536、2592×1944數(shù)字面陣CMOS感光芯片;

2、LVDS數(shù)據(jù)輸出,圖像穩(wěn)定,色彩還原性好,比USB2.0速度更快;

3、所有均經(jīng)過長時(shí)間測試,體積小,安裝方便;

4、標(biāo)準(zhǔn)鏡頭接口(CS及C口);

5、允許外觸發(fā),曝光時(shí)間可控;

6、采用5V供電,功耗小;

7、2000/XP、環(huán)境下的開發(fā)工具及演示程序,支持VC、VB、C++Builder、Delphi SDK。

審核編輯黃昊宇

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