其實,您現在需要的是一位向導。他即可以幫您刪繁就簡,亦能助您為視覺應用選擇正確相機,最終找到所需要的型號。
讓我們逐步列出相關條件或環節,從而使您做出正確決擇,為您的系統需求找到合適且理想的設備。
首先,我們先進行一次清晰的自我評估。僅問自己兩個問題:
·
我需要用相機來拍攝什么物體或內容?
·
·
我的相機必須具備哪些特性才能夠精確呈現這些內容?
·
網絡(IP)相機
網絡相機錄制視頻。網絡相機廣泛使用于典型監控應用之中,同時也可與工業相機結合使用。以下是這種相機的一些典型特性:
·
通常會有堅固的外殼保護,外殼具有抗震功能,能適應任何天氣變化,這使相機適用于室內和室外環境。
·
·
各種不同功能(例如晝/夜模式)以及特殊的紅外濾光片使相機能夠提供卓越的成像質量,即使環境光源或天氣情況極差的情況下亦可使用。
·
·
可壓縮所記錄的圖像,這樣可以減少數據量,也能使所有數據均可存儲在相機內。通過連接到網絡,理論上可讓無限數量的用戶訪問該相機。
·
相比之下,工業相機的特點是:
·
會以未經壓縮原始數據形式將圖像直接傳輸至PC;然后PC負責處理相對大量的數據。該方法的優點是不會丟失任何圖像信息。
·
·
工業相機包含兩種技術:面陣相機和線陣相機。它們拍攝圖像的方式不同,具體與視覺應用的類型相關。
·
·
面陣相機裝配了長方形芯片,配有多個可同時被曝光的像素行。因此,圖像數據可在單一步驟中被捕捉和記錄并同步處理。
·
·
面陣相機通常在各種不同工業應用領域、醫療和生命科學領域、交通運輸領域或安全與監視領域中使用,通常作為對網絡相機的補充。
·
·
相比之下,線陣相機則使用一款備有1、2或3行像素的芯片。圖像數據將按行拍攝,而獨立的像素行將在處理階段中重新組成完整的圖像。到底應該選擇面陣相機,還是線陣相機,取決于您的應用以及應用的要求。
·
·
在檢測傳送帶上以極快速度傳送的產品時會廣泛用到線陣相機。典型的工業應用包括印刷、分揀和包裝、食品飲料以及各種表面檢驗。
·
網絡相機可用于各種監視任務,包括航運企業與包裝系統中的流程控制,以及建筑物與交通的監視系統。它們通常用于:銀行、賭場、公司園區和公共建筑,以及港口和貨運中心等物流和運輸中心。
·
該環節主要取決于您的應用目的:您需要什么樣的圖像。為了評估結果,您需要彩色圖像嗎?還是黑白圖像即可滿足要求? 若不,那黑白相機通常更適合,因為它們更靈敏,所呈現出的圖像細節更加豐富。比如智能交通系統方面的應用,經常會將黑白相機與彩色相機相結合使用以符合特定國家/地區對于為保存證據圖像的法律要求。
這一步需要挑選適合的芯片(即采用CMOS或 CCD芯片技術)以及選擇快門技術的類型(即全局快門或滾動快門)。之后要考慮問題則的是幀速率,這個指標是相機為了能夠順暢處理任務每秒必須提供的圖像數量。
兩種不同的芯片技術基本差別在于其技術結構。
在CMOS芯片中,將光能(具體而言是指光子)轉化成電信號(電子)的電子元件直接集成在芯片表面。因此電子元件能夠更快速地讀取成像數據,用戶能夠更靈活地調整成像范圍,使CMOS芯片能夠更快速地拍攝圖像。CMOS芯片在消費者市場上被廣泛使用,例如單反相機。
CCD芯片使用完整的芯片表面拍攝光線,芯片表面上沒有安裝任何轉化電子元件。這使表面擁有較多的像素空間,亦代表著能夠拍攝的光線將更多。因此這類芯片對于光線特別靈敏,特別適用于弱光條件的應用(例如天文學)。CCD芯片能夠在速度較慢的應用中提供卓越圖像質量,雖然該芯片的結構以及其傳輸與處理圖像數據的方式已逐漸將成像速度提高至極限。
CMOS芯片技術在近年來不斷改進,如今已適用于幾乎任何一種圖像處理應用。CMOS芯片具備
·
出眾的性價比
·
高成像速度
·
高分辨率
·
低功耗
·
高量子效率
·
這些特性讓CMOS芯片在CCD芯片以往獨占鰲頭的領域中取得了立足之地。高成像速度與出眾的圖像質量的結合是當代CMOS芯片的突出賣點之一。
CMOS面陣芯片和CCD芯片
有一項簡單但非常重要的要求:快門必須與應用匹配。快門能夠保護相機內部的芯片不受入射光線的影響,且只有在曝光時才會打開。所選的曝光時間將會確保像素接收適當數量的光子,并決定快門維持打開狀態的時間。全局快門和滾動快門的差別在于吸收光線的方式。
全局快門會打開并讓光線一次性地接觸整個芯片表面。依幀速率而定,移動中的目標會快速地被連續拍攝到。全局快門是需要拍攝快速移動目標的應用的首選,例如交通與運輸領域,物流領域以及印刷材料的檢測。
滾動快門則是逐行來曝光圖像。根據所選的曝光時間不同,當目標在曝光過程中移動時,可能會發生失真,這也就是所謂的滾動快門效應。但是,并非涉及移動目標的應用就完全無法使用滾動快門。在多數情況下,該效應可通過正確配置曝光時間以及使用外置閃光燈來規避。
對于滾動快門,曝光時間不會同時開始和結束,而是按行分別進行: 圖解顯示了相片上各行的逐行曝光。
與“每秒多少幀圖像”或“fps”含義相同;而對于線陣相機,則與“行頻”或“行頻率”含義相同。幀速率描述芯片可在每秒鐘拍攝與傳輸的圖像數量。
幀速率越高,芯片速度越快。=> 芯片越快,它每秒拍攝到的圖像就越多。=> 圖像越多,數據量就越大。
對于快速移動的應用(例如印刷版圖形的檢測),報紙將會快速與相機檢測點擦身而過,而相機必須能夠在毫秒內進行“拍攝”。
通常只需低幀速率的醫藥與工業領域的顯微鏡檢測相差甚遠。
對于面陣相機,圖像數量與數據量在很大程度上是依使用的接口而定。同時,這也取決于所使用的幀速率是低速的10 fps還是高(快)速的340 fps。圖像處理系統內的相機所需拍攝的目標決定能夠使用或所需使用的幀速率。
查閱您相機的規格,您會看到“2048x1088”。這個數字確切指什么? 它
指的是每行的像素數量,而在以上例子中亦指每條水平行擁有2048個像素,每條垂直行則擁有1088個像素。將兩個數字相乘就會得到分辨率,即2,228,224或220萬像素(百萬像素或簡稱“MP”)。
要確定您的應用需要多少分辨率,可進行幾項簡單計算:
舉例來說,您想要拍攝某人眼睛的精確彩色圖像,該人士身高2m且站立在一個特定的位置上
= > 要清晰識別1 mm大的細節,您需要4百萬像素的分辨率。
實例1:
先看簡單的部分:大芯片和大像素表面可以拍攝到更多的光線。芯片使用光線作為信號,生成與處理圖像數據。到目前為止,就這么簡單。現在我們繼續: 可使用的表面積越大,信噪比(SNR)就越高,尤其是那些尺寸為3.5μm或更大的大型像素。信噪比SNR越高,成像質量越好。42 dB的信噪比SNR會被視為可靠效果。
實例2: 大尺寸芯片提供較大的空間,可容納較多的像素,因而提供較高的分辨率。其實大型芯片的真正優勢在于單個像素的尺寸仍足以確保取得較好的信噪比SNR,而較小的芯片所能夠使用的空間不多,因此需要使用尺寸較小的像素。
實例3:
但是如果大型芯片以及大量的大型像素未搭配合適的光學配件,則無法達到理想效果。只有與可以解析這一高分辨率的合適鏡頭結合使用,它們才能發揮全部潛力。
實例4:
大型芯片的成本總是更為昂貴,因為更大空間需要使用更多的硅。
接口是相機與PC之間的連接點,將來自相機芯片的圖像數據從硬件(相機芯片)傳輸到軟件(處理圖像的組件)。找到適用于您的應用的理想接口意味著:通過對一系列不同因素進行權衡,找出性能、成本和可靠性的理想平衡。
依據您的應用要求,您可選擇使用Camera Link、GigE或是USB 3.0,從中尋找最佳的特性組合,以便快速、簡潔及安全地將圖像數據從相機傳輸至PC。
GigE Vision、USB 3.0 Vision和Camera Link是目前普遍采用的技術標準,可保證相機接口與符合標準的組件和附件兼容。每項技術都旨在滿足帶寬、多相機體系、線材長度等方面的一系列具體要求。
1394 (FireWire)和USB 2.0是比較舊的技術,這些技術因其自身限制,不再無保留地推薦用于目前的圖像處理系統。
接口比較
外殼
與接口選擇直接關聯的是相機外殼的尺寸。它對于視覺系統的總體集成來說很重要。在某些應用中,多臺相機會并排安裝(稱為多相機體系)以便能夠更好地拍攝下材料卷帶的整個寬度,每一毫米空間都非常重要。
尺寸很重要,尤其是在多相機體系中。
Basler提供的產品線包括了29 mm x 29 mm的Basler ace系列相機至尺寸較大且配有極大(線陣)芯片的相機(例如Basler sprint系列相機)等眾多型號。
所有Basler相機均配有一組輔助功能以改善圖像質量、更有效地評估圖像數據以及更精確地控制流程。請查看我們的功能查看表,以獲取每種相機型號所有功能的總表。
您在設計圖像處理系統時,最有可能涉及這三種功能:
AOI(感興趣區域)
讓您能夠在幀內選取特定的具體感興趣區域,或同時選取多個不同感興趣區域。優勢在于這樣僅需處理與圖像評估相關的幀部分,從而加快相機數據讀取速度。
自動功能
Basler相機具備一系列所謂自動功能,例如,自動曝光調整和自動增益。這兩項自動功能可讓曝光時間和增益參數自動根據周圍環境變化進行調整,從而保持圖像亮度持續穩定。
定序功能
定序功能可用于讀出特定圖像的序列。這表示可以對各種AOI進行編程,然后由定序功能自動按序列讀出。
就在眼前! 通過在大量標準和組件中刪繁就簡,按照一系列必要決策進行探尋之后,現在您只需應對最終挑戰(選出正確的相機)了!
*部分圖片素材來源于網絡。