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基础:干货,工业相机8个基础知识

时间:2022.07.12
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工业相机是机器视觉系统中的一个核心组件,其最本质的功能就是将光信号转变成有序的电信号。工业相机的小知识您知道多少?

 

第一:工业相机的丢帧的问题是由什么引起的?

经常会有一些机器视觉工程师认为USB接口的工业相机会造成丢帧现象。

而工业相机丢帧与工业相机所采用的传输接口是没有关系的,无论是USB,GigE、或者是CameraLink。

 

设计不良的驱动程序或工业相机硬件才是造成丢帧的真正原因:

设计不良的工业相机之所以会出现丢帧的现象,本质是数据通道的堵塞,无法及时处理。

所以新的图像进来时,前一张可能被迫丢弃,或是新的图像被迫丢弃。

要解决这问题,需要设计者针对驱动程序与工业相机硬件资料传输的每个环节进行精密的设计。

 

第二:工业相机的分辨率是如何定义的?

分辨率是相机最基本的参数,由相机所采用的CMOS芯片分辨率决定,是芯片靶面排列的像元数量。

面阵相的分辨率用水平和垂直分辨率两个数字表示,如:

                                                                                            1920(H)x 1080(V)

前面的数字表示每行的像元数量,即共有1920个像元,后面的数字表示像元的行数,即1080 行。

 

面阵相机芯片

线阵相机的分辨率通常用K表示,如1K=1024,2K=2048,3K=4096等。

线阵相机芯片

在采集图像时,相机的分辨率对图像质量有很大的影响。在对同样大的视场(景物范围)成像时,分辨率越高,对细节的展示越明显。

 

第三:工业相机的帧频和行频是什么意思?

相机的帧率、行频表示相机采集图像的频率,。

  • 通常面阵相机用帧率表示,单位fps(Frame Per second),如30fps,表示相机在1 秒钟内最多能采集30 帧图像。

  • 线阵相机通常用行频表示,单位KHz,如12KHz 表示相机在1 秒钟内最多能采集12000 行图像数据。

 

拍照速度是相机的重要参数,在实际应用中很多时候需要对运动物体成像。相机的拍照速度需要满足一定要求,才能清晰地对物体成像。

相机的帧率和行频首先受到芯片的帧率和行频的影响,芯片设计的最高拍照速度,则主要是由芯片所能承受的最高时钟决定。

 

第四:工业相机噪音是什么意思?

工业相机噪声是指成像过程中不希望被采集到的,实际成像目标外的信号。

根据欧洲相机测试标准EMVA1288中的定义,相机中的噪声从总体上可分为两类:

  • 一类是由有效信号带来的符合泊松分布的统计涨落噪声,也叫散粒噪声(shot noise)。

    这种噪声对任何相机都是相同的,不可避免,有其确定的计算公式(噪声的平方=信号的均值)。

  • 一类是相机自身固有的与信号无关的噪声,它是由图像传感器读出电路、相机信号处理与放大电路等带来的噪声。

    每台相机的固有噪声都不一样。另外,对数字相机来说,对模拟视频信号进行数字转换时会产生量化噪声,量化位数越高,噪声越低。

 

 

第五:工业相机的信噪比是什么意思?

相机的信噪比定义为图像中信号与噪声的比值:

                                                                 信噪比 = 有效信号平均灰度值 / 噪声均方根

这个比值,代表了图像的质量。图像信噪比越高,图像质量越好。

 

第六:工业相机中动态范围是什么意思?

相机的动态范围表明相机探测光信号的范围,动态范围可用两种方法来界定。

  • 一种是光学动态范围,指饱和时最大光强与等价于噪声输出的光强的比值,由芯片的特性决定。

  • 一种是电子动态范围,他指饱和电压和噪声电压之间的比值。

 

相机的动态范围是一个定值,不随外界条件变化而变化。

在线性响应区,相机的动态范围定义为饱和曝光量与噪声等效曝光量的比值:

                                                                                                               动态范围=光敏元的满阱容量/等效噪声信号

动态范围可用倍数、dB 或Bit 等方式来表示。动态范围大,则相机对不同的光照强度有更强的适应能力。

 image.png

左图:低动态范围  右图:高动态范围

第七:工业相机都有哪些镜头接口?

镜头接口是指相机与镜头之间的接口,常用的镜头的接口有C口,CS口,F口等。

 

第八:工业相机是怎么分类的?

1.按照芯片结构分类:CCD 相机、CMOS 相机

2.按照传感器结构分: 面阵相机 、 线阵相机

3.按照输出模式分类:模拟相机 、 数字相机

4.按照输出颜色分类:彩色相机、黑白相机


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