由于最近需要找工作,补充了一下机器视觉镜头的基础知识,在阅读博客和论文的同时,整理出下面的内容,希望各位大神给与指正和帮助。


工业摄像头的主要参数包括:分辨率、帧率、像素格式、像元、相机接口、传输接口。
下面对这些参数进行简要介绍:

分辨率(Resolution)

指的是图像传感器中所包含的像素点数,用长X宽表示。我们常说多少万像素相机就是由分辨率计算得来的,4:3的计算方式如下表。分辨率在一定意义上决定了机器视觉系统能够达到的精度,但分辨率并不是越高越好,因为更高的分辨率,数据处理和传输会慢。

android 摄像头分辨率支持 摄像头的分辨率_工业相机


同时,相机分辨率决定了像素精度, 像素精度 = 视场的长或宽 / 相机分辨率的长或宽,比如,视场100mm * 75mm,使用400万像素相机(1280*960),则在100mm方向像素精度为100/2304=0.0434mm/pixel。

帧率(Frames Per Second)

指每秒钟采集图像的帧数。比如 30 fps ,可以算出理论上采集一张图片需要的时间是1000 ms/30 fps=33.3 ms,这个时间是要算在整体检测的节拍中。在假设相机分辨率:1024786,那么301024*786/1M=24.15M,也就是说,相机一秒需要传输和处理24.15M大小的数据。在捕捉动态视频内容时,帧率愈高愈好,与此同时,相机传输和处理的数据量将会增大。

像素格式(Pixel Depth)

要知道什么是像素格式,首先需要了解什么是像素深度,像素深度表示每像素数据的位数,工业数字数字相机一般为8Bit、10Bit、12Bit等。具体分类解释如下表所示:

android 摄像头分辨率支持 摄像头的分辨率_机器视觉_02


PS:这是大致的分类,其余的类型可以以此类推或者去寻找度娘。

像元

像元尺寸指芯片像元阵列上每个像元的实际物理尺寸,通常的尺寸包括14um,10um,9um , 7um ,6.45um ,3.75um 等。像元尺寸从某种程度上反映了芯片的对光的响应能力,像元尺寸越大,能够接收到的光子数量越多,在同样的光照条件和曝光时间内产生的电荷数量越多。对于弱光成像而言,像元尺寸是芯片灵敏度的一种表征。

图像传感器 (划重点)

相机中的感光元件,可以将光学图像转换成电子信号,主要分为 CCD 电荷耦合元件和 CMOS金属氧化物半导体元件。如何选择传感器是最令我们头疼的问题,这里列举了两种传感器的不同和优缺点,如下表所示,

android 摄像头分辨率支持 摄像头的分辨率_android 摄像头分辨率支持_03


具体的选择还是需要根据实际要求来选择合适的传感器。

相机接口

用于连接相机和镜头,主要有 C 口,CS 口,F 口
C:距焦点的距离为17.562毫米;
CS:距焦点距离为12.5毫米;
F:尼康镜头的接口标准,一般相机靶面距离大于一英寸的时候选择该接口。
选择匹配的镜头接口即可,接口不一样加转接环即可。

传输接口

指的是相机传输图片的方式,目前常用的有GigE,USB3.0,CameraLink.等,接口不同也会影响到采集速度,具体如下表所示。

android 摄像头分辨率支持 摄像头的分辨率_android 摄像头分辨率支持_04


需要注意的是:

(1)选择和接口相同的图像采集卡, GigE 就配千兆网卡, CameraLink 就配 CameraLink 卡。

(2)连接的线缆,接口要匹配,长度要确定,如果需要走坦克链一定要配高柔耐折弯的线缆,并且要带螺丝锁在接口上以免运动久了掉落或接触不良。


另外,相机分为彩色相机和黑白相机,通常情况下只有在需要识别颜色的情况下选择彩色相机,其他时候一律选黑白相机,因为相同条件下黑白相机具有更高的精度。

相机其余参数简介:

相机系统

相机系统有两种:智能相机系统(嵌入式系统)和 PC-Based 系统
智能相机系统集采集图像,处理图像于一体,结构紧凑,使用方便,价格略高。
PC-Based 系统是用工业相机采集图像,PC 处理图像,可以同时将多台相机集成在一个视觉系统里,可以二次开发定制软件。

快门(Shutter)

快门是相机中用来控制光线照射感光元件照射时间的装置。在工业相机中一般有两种快门方式:全局快门(Global Shutter)和卷帘快门(Rolling Shutter)。
如果需要动态取像(飞拍)请一定选全局快门,卷帘快门只能用于静态取像。
快门是照相机用来控制感光片有效曝光时间的机构。是照相机的一个重要组成部分,它的结构、形式及功能是衡量照相机档次的一个重要因素。一般而言快门的时间范围越大越好。秒数低适合拍运动中的物体,某款相机就强调快门最快能到1/16000秒,可轻松抓住急速移动的目标。不过当你要拍的是夜晚的车水马龙,快门时间就要拉长,常见照片中丝绢般的水流效果也要用慢速快门才能拍出来。

温度、湿度

这个就不解释说明了,用过电子设备的都知道。

信噪比

电子设备或者电子系统中信号与噪声的比例,计量单位是dB。计算方法是10lg(PS/PN),其中Ps和Pn分别代表信号和噪声的有效功率,也可以换算成电压幅值的比率关系:20Lg(VS/VN),Vs和Vn分别代表信号和噪声电压的“有效值”。信噪比的值越大,图像的质量就越高

动态范围

表示图像中所包含的从“最暗”至“最亮”的范围。动态范围越大,所能表现的层次越丰富,

增益

一般只是在信号弱,但不想增加曝光时间的情况下使用。一般相机增益都产生很大噪声,工业相机在不同增益时图像的成像质量不一样,增益越小,噪点越小;增益越大,噪点越多,就相当于我们平常使用相机的ISO。

曝光时间

曝光时间是指从快门打开到关闭的时间间隔,影响曝光的因素有三个:光圈。光圈控制光线进入的通路的大小,光圈越大,则单位时间的光通量越大,光圈越小,则单位时间的光通量越小。曝光时间,也就是快门速度。

缓存容量

相机成像在经过处理单元后存储到指定位置前需要有一个缓冲的过程,这跟电脑的内存作用类似。

供电、功耗

这个也不做过多解释了。