CV-H035C工业相机维修

3. 黑白相机与彩色相机
无论是CCD还是CMOS图像传感器，其原理都是将光子转换为电子，其中光子数目与电子数目成比例。对每个像素，统计其电子数目就形成反映光线强弱的灰度图像，也就是说CCD和CMOS图像传感器是“色盲”，不具备辨色的能力，只能形成黑白图像，如图3（左）。
一文了解“工业相机”
左：黑白模式；中：三棱镜模式；右：拜尔滤波片模式
图3 不同色彩模式的工业相机
为了获得彩像，通常使用三棱镜或滤光片的方法采集颜色信息。三棱镜模式：采用三棱镜将射入的光分成三束，每束光都由不同的内置光栅来过滤出某一种三原色，然后使用三块CCD分别感光，如图3（中）。然后再将这三张图像合成一张高分辨率、色彩精确的图像。由于该方法需要三块感光芯片，造价比较昂贵。
如果考虑到价格因素，柯达的拜尔（Bayer）提出了一种廉价的折中方案：只用一块图像传感器，就解决了颜色的识别。他的做法是在图像传感器前面，设置一个滤光片，上面布满了滤光点，与下层的像素一一对应。如图3（右），Bayer滤光片上的滤光点的排列是有规律的：每个绿点的四周，分布着2个红点、2个蓝点、4个绿点。由于人眼对绿色为敏感，所以绿色是红、蓝的两倍。由于每个滤光点只能通过红、绿、蓝之中的一种颜色，但是在输出时，所有像素都应该有这三种颜色的信息，被滤除的两种颜色分量值在后期的算法处理中通过插值法来补回。
Bayer滤光片的方法显著优点在于它能节省成本，当前绝大多数彩色相机都采用此项技术。不过，黑白相机采集的是所有波长的光子，而Bayer彩色相机仅接受RGB三个波段的光子，并且会做一个去马赛克的邻域平均操作，因此无论是光通量还是细节表现均弱于灰度相机，如图4，对比了彩色相机与黑白相机在相同环境下的成像。所以，如果不需要颜色作为检验需求时，工业相机一般选择黑白相机，因为在拥有相同的分辨率前提下，黑白相机精度更高。

**工业相机日趋智能化
机器视觉在生产制造上的应用越来越广泛，工业相机这类产品也出现新的发展方向。由于不同应用对工业相机的性能跟功能配置有很大的差异，因此工业相机大致上可区分成可配置型系统、嵌入型系统与智慧相机型三大类。但不论是哪种工业相机，除了少数特殊应用外，其所使用的工业相机都越来越向个人电脑靠拢，甚至智慧相机本质上就是一台内建CPU、记忆体，可以执行各种视觉演算法的工业电脑。
目前大多数工业相机都采用GbE介面，除了成本低廉外，容易与工业电脑介接，组成庞大复杂的自动化系统也是其一大优势。搭载USB 3.0的工业相机也因为同样的理由，而在市场上越来越受到欢迎。
至于智能相机，本质上已经是一台迷你型工业电脑。以朗锐智科的PCM-6410工业相机为例，除了光学、影像感测器、数位讯号处理器等相机的元素外，该相机还搭载*7代英特尔®酷睿™处理器，可以直接在相机上执行各种视觉演算法。这种智能相机具备体积小、部署简单的优势，适合用在小规模自动化系统，或是与机器手臂结合，引导机器手臂作业。
例如2018年10月25日，在中国上海Phase One中国航空工业方案新品发布会新发布的iXM-RS150F是一款拥有1.5亿像素的全画幅航拍相机，可应用于摄影测量，测绘和GIS;农业，林业和环境测绘;倾斜摄影;3D城市建模;雷达成像等领域。与会的有无人机制造、航测行业相关企业。
现代工业自动化技术日趋成熟，越来越多的制造企业考虑如何采用工业相机来帮助生产线实现检查、测量和自动识别等功能，以提高效率并降低成本，从而实现生产效益化。工业相机作为新兴技术被寄予厚望，被认为是自动化行业一个具备光明前景的细分市场。工业相机由于技术本身存在的优越性在许多领域有很好的发展前景。
据前瞻产业研究院的预计，**工业相机市场将在2020年达到7亿美元，2025年增长到12亿美元。工业相机市场规模增长可以归因于制药以及食品和包装终用途行业对工业相机不断上升的需求。亚太地区工业相机市场的增长是由于工业4.0日益普及以及对人工智能的需求。

一、什么是工业相机
工业相机是机器视觉系统中的一个关键组件，其本质的功能就是将光信号转变成有序的电信号。选择合适的相机也是机器视觉系统设计中的重要环节，相机的选择不仅直接决定所采集到的图像分辨率、图像质量等，同时也与整个系统的运行模式直接相关。
二、工业相机在机器视觉系统中的地位和作用
关于机器视觉工业相机，看这篇就好
功能：光信号转变成有序的电信号
三、工业相机的主要参数：
1. 分辨率(Resolution):
分辨率指的是每次采集图像的像素点数(Pixels)，通常用长*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。比如分辨率 1280pixel*1024pixel，1280*1024=1310720，就是130万像素的相机。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。
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2. 像素深度(Pixel Depth):即每像素数据的位数，一般常用的是8Bit，对于数字相机机一般还会有10Bit、12Bit、14Bit等。
3. 帧率(Frame Rate)/行频(Line Rate):相机采集传输图像的速率，对于面阵相机一般为每秒采集的帧数(Frames/Sec.)，对于线阵相机为每秒采集的行数(Lines/Sec.)。
4. 曝光方式(Exposure)和快门速度(Shutter):
对于线阵相机都是逐行曝光的方式，可以选择固定行频和外触发同步的采集方式，曝光时间可以与行周期一致，也可以设定一个固定的时间;面阵相机有帧曝光、场曝光和滚动行曝光等几种常见方式，数字相机一般都提供外触发采图的功能。快门速度一般可到10微秒，高速相机还可以更快。
5. 像元尺寸(Pixel Size):像元大小和像元数(分辨率)共同决定了相机靶面的大小。数字相机像元尺寸为3μm~10μm，一般像元尺寸越小，制造难度越大，图像质量也越不容易提高
6. 光谱响应特性(Spectral Range):是指该像元传感器对不同光波的敏感特性，一般响应范围是350nm-1000nm，一些相机在靶面前加了一个滤镜，滤除红外光线，如果系统需要对红外感光时可去掉该滤镜。
7.接口类型:有Camera Link接口，以太网接口，1394接口、USB接口输出，目前的接口有CoaXPress接口。
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工业相机又俗称摄像机，相比于传统的民用相机(摄像机)而言，它具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等，市面上工业相机大多是基于CCD(Charge Coupled Device)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)芯片的相机。
CCD是目前机器视觉为常用的图像传感器。它集光电转换及电荷存贮、电荷转移、信号读取于一体，是典型的固体成像器件。CCD的**特点是以电荷作为信号，而不同于其它器件是以电流或者电压为信号。这类成像器件通过光电转换形成电荷包，而后在驱动脉冲的作用下转移、放大输出图像信号。典型的CCD相机由光学镜头、时序及同步信号发生器、垂直驱动器、模拟/数字信号处理电路组成。CCD作为一种功能器件，与真空管相比，具有无灼伤、无滞后、低电压工作、低功耗等优点。
CMOS图像传感器的开发早出现在20世纪70 年代初，90 年代初期，随着**大规模集成电路 (VLSI) 制造工艺技术的发展，CMOS图像传感器得到迅速发展。CMOS图像传感器将光敏元阵列、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换电路、图像信号处理器及控制器集成在一块芯片上，还具有局部像素的编程随机访问的优点。CMOS图像传感器以其良好的集成性、低功耗、高速传输和宽动态范围等特点在高分辨率和高速场合得到了广泛的应用。
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四、相机分类
任何东西分类一定有它自己的分类标准，工业相机也不例外。
按照芯片类型可以分为CCD相机、CMOS相机;
按照传感器的结构特性可以分为线阵相机、面阵相机;
按照扫描方式可以分为隔行扫描相机、逐行扫描相机;
按照分辨率大小可以分为普通分辨率相机、高分辨率相机;
按照输出信号方式可以分为模拟相机、数字相机;
按照输出色彩可以分为单色(黑白)相机、彩色相机;
按照输出信号速度可以分为普通速度相机、高速相机;
按照响应频率范围可以分为可见光(普通)相机、红外相机、紫外相机等。区别
1、工业相机的性能稳定可靠易于安装，相机结构紧凑结实不易损坏，连续工作时间长，可在较差的环境下使用，一般的数码相机是做不到这些的。例如:让民用数码相机工作24小时或连续工作几天肯定会受不了的。
2、工业相机的快门时间非常短，可以抓拍高速运动的物体。
例如，把名片贴在电风扇扇叶上，以速度旋转，设置合适的快门时间，用工业相机抓拍一张图像，仍能够清晰辨别名片上的字体。用普通的相机来抓拍，是不可能达到同样效果的。
3、工业相机的图像传感器是逐行扫描的，而普通的相机的图像传感器是隔行扫描的， 逐行扫描的图像传感器生产工艺比较复杂，成品率低，出货量少，世界上只有少数公司能够提供这类产品，例如Dalsa、Sony，而且价格昂贵。
4、工业相机的帧率远远**普通相机。
工业相机每秒可以拍摄十幅到几百幅图片，而普通相机只能拍摄2-3幅图像，相差较大。
5、工业相机输出的是裸数据(raw data)，其光谱范围也往往比较宽，比较适合进行高质量的图像处理算法，例如机器视觉(Machine Vision)应用。而普通相机拍摄的图片，其光谱范围只适合人眼视觉，并且经过了mjpeg压缩，图像质量较差，不利于分析处理。
6、工业相机(Industrial Camera)相对普通相机(DSC)来说价格较贵。
五、企业应用如何选择
工业相机一般安装在机器流水线上代替人眼来做测量和判断，通过数字图像摄取目标转换成图像信号，传送给的图像处理系统，图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。
1、通常您首先需要知道系统精度要求和相机分辨率，可以通过公式:
X方向系统精度(X方向像素值)=视野范围(X方向)/CCD芯片像素数量( X方向)
Y方向系统精度(Y方向像素值)=视野范围(Y方向)/CCD 芯片像素数量( Y方向)
2、当然理论像素值的得出，要由系统精度及亚像素方法综合考虑;接着您要知道系统速度要求与相机成像速度:
系统单次运行速度=系统成像(包括传输)速度+系统检测速度
虽然系统成像(包括传输)速度可以根据相机异步触发功能、快门速度等进行理论计算，的方法还是通过软件进行实际测试。
3、再接着您要将相机与图像采集卡一并考虑，因为这涉及到两者的匹配:
视频信号的匹配:对于黑白模拟信号相机来说有两种格式，CCIR和RS170(EIA)，通常采集卡都同时支持这两种相机;
分辨率的匹配:每款板卡都只支持某一分辨率范围内的相机;
特殊功能的匹配:如要是用相机的特殊功能，先确定所用板卡是否支持此功能，比如，要多部相机同时拍照，这个采集卡就必须支持多通道，如果相机是逐行扫描的，那么采集卡就必须支持逐行扫描。
接口的匹配:确定相机与板卡的接口是否相匹配。如CameraLink、GIGE、CoxPress、USB3.0等。
4、在满足您对检测的必要需求后，后才应该是价格的比较。
举例说明:如我们的检测任务是尺寸测量，产品大小是18mm*10mm，精度要求是0.01mm，流水线作业，检测速度是10件/秒，现场环境是普通工业环境，不考虑干扰问题。
首先我们知道是流水线作业，速度比较快，因此选用逐行扫描相机;视野大小我们可以设定为20mm*12mm(考虑每次机械定位的误差，将视野比物体适当放大)，假如我们能够取到很好的图像(比如可以打背光)，而且我们软件的测量精度可以考虑1/2亚像素精度，那么我们需要的相机分辨率就是20/0.01/2=1000pixcel(像素)，另一方向是12/0.01/2=600pixcel，也就是说我们相机的分辨率至少需要1000*600pixcel，帧率在10帧/秒，因此选择1024*768像素(软件性能和机械精度不能精确的情况下也可以考虑1280*1024pixcel)，帧率在10帧/秒以上的即可。

如何解决工业相机中常见故障
随着现在技术越来越发展，工业相机也越来越被更多人所知，那么大家在使用工业相机过程中遇到一些问题怎么解决呢，下面请跟着轩展科技小编来看看吧
一.没有图像运行DEMO？
化解之道：
1.打开镜头光圈，或拧下镜头以查看是否有感光。
2.驱动安装是否正常;
3. DEMO是否使用连续采集模式。
二.如何连接外部触发器？
解决方案：参考手册外的触发设置，一般用TRI +，TRI + live连接;触发信号用于高低电平触发或脉冲信号触发。
*三，图像的颜色不正确和有偏色？
解决方案：使用参考手册设置白平衡。
四.图像拍摄不完整（显示）？
化解之道：
1.验证摄像机的分辨率是否调整到。
2. DEMO显示比例可以调整显示区域。
3.调整视野大小，如果摄像机连接固定镜头，则只能通过移动物体距离改变视野;如果相机与变焦镜头连接，它首先固定视野然后聚焦;如果相机连接了放大的镜头，它可以改变放大倍率来调整视野。
五，噪点很多，不清晰？
解决方案：参考说明设置增益。增益越小，噪声越清晰。
6.拍摄（显示）的图像是否太暗？
解决方案：参考说明设置曝光时间。曝光时间越长，图像越亮。
7.使用支撑阴影拍摄（显示）移动物体？
解决方案：使用LED光源拍摄时，手动调整曝光时间和增益尽可能小。

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