机器视觉--相机

工业相机是机器视觉系统及工业检测应用的重要组成部分，但如何选择合适的工业相机？选择工业相机前，首先要清楚自己的检测任务，是拍静态还是动态，拍照的频率是多少，是做缺陷检测还是尺寸测量，或者是定位，产品的大小（视野）是多少，需要达到多少精度，现场环境情况如何，有没有其它的特殊要求等。在这里根据我们的经验做个总结。希望帮助大家在选购工业相机时能够做到心中有数，真正能选购到适合自己的相机。

模拟相机&数字相机
      模拟相机必须带数字采集卡，经数字采集卡转换为数字信号进行传输存储。一般模拟相机分辨率很低，另外帧率也是固定的。模拟信号可能会由于工厂内其他设备（比如电动机或高压电缆）的电磁干扰而造成失真。随着噪声水平的提高，模拟相机的动态范围（原始信号与噪声之比）会降低。动态范围决定了有多少信息能够被从相机传输给计算机。
     数字相机采集到的是数字信号，数字信号不受电噪声影响，因此，数字相机的动态范围更高，能够向计算机传输更精确的信号。这个要根据实际需求来选择。

分辨率
      分辨率不是越高越好，是要根据系统实际应用需求来选择分辨率的大小。
      应用案例：假设检测一个物体的表面划痕，要求拍摄的物体大小为10*8mm,要求的检测精度是0.01mm。首先假设我们要拍摄的视野范围在12*10mm,那么相机的最低分辨率应该选择在：(12/0.01)*(10/0.01)=1200*1000,约为120万像素的相机，也就是说一个像素对应一个检测的缺陷的话，那么最低分辨率必须不少于120万像素，但市面上常见的是130万像素的相机，因此一般而言是选用130万像素的相机。但实际问题是，如果一个像素对应一个缺陷的话，那么这样的系统一定会极不稳定，因为随便的一个干扰像素点都可能被误认为缺陷，所以我们为了提高系统的精准度和稳定性，最好取缺陷的面积在3到4个像素以上，这样我们选择的相机也就在130万乘3以上，即最低不能少于300万像素，通常采用300万像素的相机为最佳(我见过最多的人抱着亚像素不放说要做到零点几的亚像素，那么就不用这么高分辨率的相机了。比如他们说如果做到0.1个像素，就是一个缺陷对应0.1个像素，缺陷的大小是由像素点个数来计算的，试问0.1个像素的面积怎么来表示？这些人以亚像素来忽悠人，往往说明了他们的没有常识性)。换言之，我们仅仅是用来做测量用，那么采用亚像素算法，130万像素的相机也能基本上满足需求，但有时因为边缘清晰度的影响，在提取边缘的时候，随便偏移一个像素，那么精度就受到了极大的影响。故我们选择300万的相机的话，还可以允许提取的边缘偏离3个像素左右，这就很好的保证了测量的精度。

CCD&CMOS
       如果要求拍摄的物体是运动的，要处理的对象也是实时运动的物体，当然选择迪美捷全帧曝光的CCD芯片相机为最适宜。但有的厂商生产的CMOS相机如果采用帧曝光的方式的话，也可以当作CCD来使用的。又假如物体运动的速度很慢，在我们设定的相机曝光时间范围内，物体运动的距离很小，换算成像素大小也就在一两个像素内，那么选择CMOS相机也是合适的。因为在曝光时间内，一两个像素的偏差人眼根本看不出来(如果不是做测量用的话)，但超过2个像素的偏差，物体拍出来的图像就有拖影，这样就不能选择CMOS相机了。

彩色&黑白
      如果我们要处理的是与图像颜色有关，那当然是采用彩色相机，否则建议你用黑白的，因为黑白的同样分辨率的相机，精度比彩色高，尤其是在看图像边缘的时候，黑白的效果更好。
 
帧率
      根据要检测的速度，选择相机的帧率一定要大于或等于检测速度，等于的情况就是你处理图像的时间一定要快，一定要在相机的曝光和传输的时间内完成。
 
线阵&面阵
      对于检测精度要求很高，面阵相机的分辨率达不到要求的情况下，当然线阵相机是必然的一个选择。
 
传输接口
      根据传输的距离、稳定性、传输的数据大小（带宽）选择USB、1394、Camerlink、百兆/千兆网接口的相机。
 
CCD靶面
       靶面尺寸的大小会影响到镜头焦距的长短，在相同视角下，靶面尺寸越大，焦距越长。在选择相机时，特别是对拍摄角度有比较严格要求的时候，CCD靶面的大小，CCD与镜头的配合情况将直接影响视场角的大小和图像的清晰度。因此在选择CCD尺寸时，要结合镜头的焦距、视场角一起选择，一般而言，选择CCD靶面要结合物理安装的空间来决定镜头的工作距离是否在安装空间范围内，要求镜头的尺寸一定要大于或等于相机的靶面尺寸。

镜头的选择
      先根据环境的远近选择镜头焦距；再根据观看的范围选择镜头角度；
 
相机的价格
      同样参数的相机，不同的厂家价格各不相同，这就靠大家与厂家沟通和协商了。一般说来，如果你有量的话，整体价格跟你单买一个的价格是差别很大的。

      举例说明工业相机的选择原则：如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，桢率在10桢/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桢/秒以上的即可。

数字摄像头常见技术参数

1、分辨率(Resolution)
      所谓分辨率就是指画面的解析度，摄像头每次采集图像的像素点数(Pixels)，对于摄像头一般是直接与传感器的像元数对应。通常所看到的分辨率都以乘法形式表现的，比如1024*768，其中的1024表示屏幕上水平方向显示的点数，768表示垂直方向的点数。对于模拟摄像头则是取决于视频制式，PAL制为768*576，NTSC制为640*480。
2、最大帧率(Frame Rate)/行频(Line Rate)：
　   摄像头采集传输图像的速率，对于面阵摄像头一般为每秒采集的帧数(Frames/Sec.)，对于线阵摄像机为每秒采集的行数(Hz)。
3、曝光方式(Exposure)和快门速度(Shutter)
      对于线阵摄像头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；面阵摄像头有帧曝光、场曝光和滚动行曝光等几种常见方式，数字摄像头一般都提供外触发采图的功能。快门速度一般可到10微秒，高速摄像头还可以更快。
4、像素深度(Pixel Depth)：
　   即每像素数据的位数，一般常用的是8Bit，对于数字摄像机一般还会有10Bit、12Bit等。
5、像元尺寸(Pixel Size)：
　  像元大小和像元数（分辨率）共同决定了摄像头靶面的大小。目前数字摄像头像元尺寸一般为3μm-10μm。
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，一些摄像头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、感光区靶面尺寸：
　　指摄像头感光芯片大小，分别有1英寸，2/3英寸，1/2英寸，1/3英寸，1/4英寸等等，英寸数越小，所照的视场范围越小。