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機器視覺的概念(二)——工業相機的類別

摘要:工業相機作為機器視覺系統中的核心部件,對于機器視覺系統的重要性是不言而喻的。按照分類的不同,相機又分為很多種:1、彩色相機、黑白相機:黑白相機直接將光強信號轉換成圖像灰度值,生成的是灰度圖像;彩色相機...

工業相機作為機器視覺系統中的核心部件,對于機器視覺系統的重要性是不言而喻的。按照分類的不同,相機又分為很多種:

1、彩色相機、黑白相機:
      黑白相機直接將光強信號轉換成圖像灰度值,生成的是灰度圖像;彩色相機能獲得景物中紅、綠、藍三個分量的光信號,輸出彩色圖像。彩色相機能夠提供比黑白相機更多的圖像信息。彩色相機的實現方法主要有兩種,棱鏡分光法和Bayer濾波法。棱鏡分光彩色相機,利用光學透鏡將入射光線的R、G、B分量分離,在三片傳感器上分別將三種顏色的光信號轉換成電信號,最后對輸出的數字信號進行合成,得到彩色圖像。

2、CCD相機、CMOS相機 
      芯片主要差異在于將光轉換為電信號的方式。對于CCD傳感器,光照射到像元上,像元產生電荷,電荷通過少量的輸出電極傳輸并轉化為電流、緩沖、信號輸出。對于CMOS感器,每個像元自己完成電荷到電壓的轉換,同時產生數字信號。 
3、按靶面類型分類:面陣相機、線陣相機 
      相機不僅可以根據傳感器技術進行區分,還可以根據傳感器架構進行區分。有兩種主要的傳感器架構:面掃描和線掃描。面掃描相機通常用于輸出直接在監視器上顯示的場合。線掃描相機用于連續運動物體成像或需要連續的高分辨率成像的場合。線掃描相機的一個自然的應用是靜止畫面(Web Inspection)中要對連續產品進行成像,比如紡織、紙張、玻璃、鋼板等。同時,線掃描相機同樣適用于電子行業的非靜止畫面檢測。像德國Kappa相機根據它CCD的規格也會有線陣、面陣之分。 
4 按輸出模式分類:模擬相機、數字相機 
      根據相機數據輸出模式的不同分為模擬相機和數字相機,模擬相機輸出模擬信號,數字相機輸出數字信號。模擬相機和數字相機還可以進一步細分,比如德國Kappa相機按數據接口又包括:USB 2.0接口、EE 1394 a / Fire Wire、Camera Link 接口、千兆以太網接口。模擬相機分為逐行掃描和隔行掃描兩種,隔行掃描相機又包含EIA、NTSC、CCIR、PAL等標準制式。有關接口技術的詳細介紹請參考采集卡及采集技術部分。 
      在選擇一款工業數字相機時,物體成像的速度必須充分考慮好。例如,假設在拍攝過程中,物體在曝光中沒有移動,可用相對簡單和便宜的工業相機;對于靜止或緩慢移動的物體,面陣工業相機最適合于對靜止或移動緩慢的物體成像。因為整個面陣區域必須一次曝光,在曝光時間當中任何的移動會導致圖像的模糊,但是,運動模糊可以通過減少曝光時間或使用閃光燈來控制;對于快速移動的物體,當對運動的物體使用一個面陣工業相機時,需要考慮在曝光時間當中處于工業相機當中的運動對象數量,還需要考慮物體上能用一個像素表征的最小特征,也就是對象分辨率,在采集運動物體的圖像的拇指規則就是曝光必須發生在采集物體移動量小于一個像素的時間內。如果你采集的物體是在以1厘米/秒的速度勻速移動,而且物體分辨率已經設置為1 pixel/mm,那么需要的最大曝光時間是1/10每秒。因為物體移動一個距離恰好等于相機傳感器中的一個像素,當使用最大曝光時間時這里會有一定數量的模糊。在這種情況下,一般傾向于將曝光時間設置的比最大值要快,比如1/20每秒,就能保持物體在移動半個像素內成像。如果同樣的物體以1厘米/秒的速度移動,物體分辨率為1 pixel/微米,那么一秒中所需要的最大曝光是1/10000.曝光設置的對快取決于所采用的相機,還有你是否能夠給物體足夠的光來獲得一幅好的圖像。


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