隨著工業4.0的到來,機器視覺系統在智能制造領域的應用越來越廣泛,相機是機器視覺的重要組成部分,合適的相機決定了系統應用的好壞。
因此,選擇合適的工業相機非常重要,本文主要介紹如何選擇合適的工業相機
選擇合適的相機是機器視覺系統設計中的重要環節,相機的選擇不僅直接決定所采集到的圖像分辨率、圖像質量等,同時也與整個系統的運行模式直接相關。
對于靜止檢測或者一般低速的檢測,優先考慮面陣相機,對于大幅面高速運動或者滾軸等運動的特殊應用考慮使用線陣相機。
根據檢測的速度,選擇相機的幀率一定要大于物體運動的速度,一定要在相機的曝光和傳輸時間內完成。
而在實際檢測中實現同樣的目的可以有多種不同的解決辦法,相機的選擇也就有了更多空間。
相機的幀率決定著設備的測量效率,如相機的幀率是30FPS,則每秒鐘最多拍攝30次。
通常來說,相機的分辨率越低,同樣的接口,幀率也會越高;而分辨率越高,幀率也會越低。幀率*分辨率≤總線帶寬,即在接口一定(總線帶寬已經確定),分辨率一定時,幀率也是有其最大值的。
既要想相機的分辨率快,又要想相機的幀率高,那么就需要找更大帶寬的總線,也就是相機的輸出接口。
或者反過來說,目標的運動速度,對相機的最小曝光時間提出了要求。
假設我們的目標運動速度是1mm/S,測量精度是0.01mm/pixel,那么我們必須考慮,物體的運動引起的拖影必須要小于我們的精度0.01mm,目標移動0.01mm,需要用時10ms,這就要求相機的曝光時間必須小于10ms,如果大于這個曝光時間,那么僅僅物體運動引起的模糊就會大于0.01mm,這時的精度已經無法達到0.010.01mm/pixel了。
同等像素條件下,各種接口的總線其相機幀率是不一樣的。
CameraLink>USB3>GIGE>1394B>USB2,1394A。
現在較快的是Camera Link總線,USB3的理論速度達到了5Gbps即640MB,實際表現來看,應該有80%的有效帶寬,即有512M左右的總帶寬可供實際傳輸,這樣如果一個500萬像素的相機,每幅圖像5M,那么也可能達到100幀每秒,速度是非常快的。
而對于GIGE千兆網相機,500萬像素的相機,較快的可以做到23FPS。
1394B的500萬像素相機可以做到13FPS,USB2,1394A一般為5~6幀的樣子。
工業相機一般安裝在機器流水線上代替人眼來做測量和判斷,通過數字圖像攝取目標轉換成圖像信號,傳送給專用的圖像處理系統,圖像系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征,進而根據判別的結果來控制現場的設備動作。
X方向系統精度(X方向像素值)=視野范圍(X方向)/CCD芯片像素數量( X方向)
Y方向系統精度(Y方向像素值)=視野范圍(Y方向)/CCD 芯片像素數量( Y方向)
系統單次運行速度=系統成像(包括傳輸)速度+系統檢測速度
雖然系統成像(包括傳輸)速度可以根據相機異步觸發功能、快門速度等進行理論計算,好的方法還是通過軟件進行實際測試。
將相機與圖像采集卡一并考慮,因為這涉及到兩者的匹配
視頻信號的匹配:對于黑白模擬信號相機來說有兩種格式,CCIR和RS170(EIA),通常采集卡都同時支持這兩種相機;
如要是用相機的特殊功能,先確定所用板卡是否支持此功能,比如,要多部相機同時拍照,這個采集卡就必須支持多通道,如果相機是逐行掃描的,那么采集卡就必須支持逐行掃描。
確定相機與板卡的接口是否相匹配。如CameraLink、GIGE、CoxPress、USB3.0等。
在滿足您對檢測的必要需求后,最后才應該是價格的比較
如我們的檢測任務是尺寸測量,產品大小是18mm*10mm,精度要求是0.01mm,流水線作業,檢測速度是10件/秒,現場環境是普通工業環境,不考慮干擾問題。
首先我們知道是流水線作業,速度比較快,因此選用逐行掃描相機,視野大小我們可以設定為20mm*12mm(考慮每次機械定位的誤差,將視野比物體適當放大)。
假如我們能夠取到很好的圖像(比如可以打背光),而且我們軟件的測量精度可以考慮1/2亞像素精度,那么我們需要的相機分辨率就是20/0.01/2=1000pixcel(像素),另一方向是12/0.01/2=600pixcel,也就是說我們相機的分辨率至少需要1000*600pixcel,幀率在10幀/秒,因此選擇1024*768像素(軟件性能和機械精度不能精確的情況下也可以考慮1280*1024pixcel),幀率在10幀/秒以上的即可。