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工業相機-機器視覺系統的眼睛

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機器視覺技術,是一門涉及人工智能、神經生物學、心理物理學、計算機科學、圖像處理、模式識別等諸多領域的交叉學科。機器視覺主要用計算機來模擬人的視覺功能,從客觀事物的圖像中提取信息,進行處理并加以理解,最終用于實際檢測、測量和控制。

什么是工業相機?

工業相機是機器視覺系統中的一個關鍵組件,其本質功能就是將光信號轉變成有序的電信號,相當于機器視覺系統的“眼睛”。相比于傳統的民用相機(攝像機)而言,工業相機(攝像機)具有高的圖像穩定性、高傳輸能力和高抗干擾能力等,市面上工業相機大多是基于CCD(Charge Coupled Device)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)芯片的相機。

CCD,電荷藕合器件圖像傳感器CCD(Charge Coupled Device)。它使用一種高感光度的半導體材料制成,能把光線轉變成電荷,通過模數轉換器芯片轉換成數字信號,數字信號經過壓縮以后由相機內部的閃速存儲器或內置硬盤卡保存,因而可以輕而易舉地把數據傳輸給計算機,并借助于計算機的處理手段,根據需要和想像來修改圖像。

CMOS,互補性氧化金屬半導體CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)和CCD一樣,同為在數碼相機中可記錄光線變化的半導體。CMOS的制造技術和一般計算機芯片沒什么差別,主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導體,使其在CMOS上共存著帶N(帶–電) 和 P(帶+電)級的半導體,這兩個互補效應所產生的電流即可被處理芯片紀錄和解讀成影像。

工業相機的作用

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。

隨著國內機器視覺行業的迅猛發展,機器視覺系統的重要組件,工業相機也同樣得到了巨大的發展。數字工業相機對被攝物的大小沒有限制,根據鏡頭的條件,既可以拍攝一般物質,也可以用于顯微鏡攝影。目前,工業相機的主要用途包括以下幾個方面:

(1)在開發產品和驗證產品等:如開發金屬材料及樹脂材料時,用來觀察材料受到沖擊時內部裂紋產生的方向、狀態等,可用來分析材料被破壞時物質的結構,及電子產品的工業在線檢測等。

(2)包裝和標簽行業的印刷過程中,能夠實時檢測到高速印刷中細微的缺陷,以便采取措施,減少損失。常見的缺陷如劃痕、灰塵、漏印、墨痕、褶皺等都可被檢測出來,提高投資回報,減少廢品支出,提高了客戶滿意度和信任度。

(3)其他領域:如機器視覺、科研、軍事科學、航空航天等眾多領域,尤其是在智能交通行業:超速抓拍,闖紅光源電子警察、高速路口、卡扣收費等交通行業也得到了良好的使用。

工業相機的分類

企業在實際選購和使用工業相機之前,首先需要確定的就是相機的類型。下面是按照不同的行業標準進行的工業相機分類。

(1)芯片類型
分為CCD相機、CMOS相機;

(2)傳感器的結構特性
分為線陣相機、面陣相機;

(3)按照掃描方式
分為隔行掃描相機、逐行掃描相機;

(4)分辨率大小
分為普通分辨率相機、高分辨率相機;

(5)輸出信號方式
分為模擬相機、數字相機;

(6)輸出色彩
分為單色(黑白)相機、彩色相機;

(7)輸出信號速度
分為普通速度相機、高速相機;

(8)響應頻率范圍
分為可見光(普通)相機、紅外相機、紫外相機等。

工業相機為什么會丟幀?

選擇合適的相機也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。設計不良的驅動程序或工業相機硬件可能會造成丟幀,其原因就是資料通道的堵塞,無法及時處理,所以新的圖像進來時,前一張可能被迫丟棄,或是新的圖像被迫丟棄。要解決這問題,需要設計者針對驅動程序與工業相機硬件資料傳輸的每個環節進行精密的設計。

智能相機與工業相機

智能相機(Smart Camera)并不是一臺簡單的相機,而是一種高度集成化的微小型機器視覺系統。它將圖像的采集、處理與通信功能集成于單一相機內,從而提供了具有多功能、模塊化、高可靠性、易于實現的機器視覺解決方案。同時,由于應用了最新的DSP、FPGA及大容量存儲技術,其智能化程度不斷提高,可滿足多種機器視覺的應用需求。

工業相機與智能相機的應用場合相差不大,但使用上卻有很大的差別,工業相機需要外接控制器,需要專業性比較強的軟件人員來進行編程,可應對各種復雜的檢測要求,而智能相機則內置簡單實用的調試工具,可以獨立工作而不需要外接控制器,操作簡單,容易上手。

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