隨著工業(yè)4.0的到來，機器視覺系統(tǒng)在智能制造領(lǐng)域的應(yīng)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(tǒng)應(yīng)用的好壞。因此，選擇合適的工業(yè)相機非常重要，本文主要介紹如何選擇合適的工業(yè)相機。

什么是工業(yè)相機

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

目前，工業(yè)相機的主要用途包括以下幾個方面：

（1）在開發(fā)產(chǎn)品和驗證產(chǎn)品等。如開發(fā)金屬材料及樹脂材料時，用來觀察材料受到?jīng)_擊時內(nèi)部裂紋產(chǎn)生的方向、狀態(tài)等，可用來分析材料被破壞時物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，及電子產(chǎn)品的工業(yè)在線檢測等。

（2）包裝和標簽行業(yè)的印刷過程。工包裝和標簽行業(yè)的印刷過程中，能夠?qū)崟r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(lǐng)域。如機器視覺、科研、軍事科學(xué)、航空航天等眾多領(lǐng)域，尤其是在智能交通行業(yè)：超速抓拍，闖紅燈電子警察、高速路口、卡扣收費等交通行業(yè)也得到了良好的使用。

工業(yè)相機的分類

工業(yè)相機按照芯片類型、傳感器結(jié)構(gòu)特性、掃描方式、分辨率大小、輸出信號方式、輸出色彩、輸出信號速度、響應(yīng)頻率范圍等有著不同的分類方法。按照芯片類型：可以分為CCD相機、CMOS相機；

按照傳感器的結(jié)構(gòu)特性：可以分為線陣相機、面陣相機；

按照輸出信號方式:可以分為模擬相機、數(shù)字相機；

按照輸出色彩：可以分為單色（黑白）相機、彩色相機；

按其他分類形式：

工業(yè)相機和普通相機的區(qū)別

1. 性能區(qū)別

工業(yè)相機的性能強勁，穩(wěn)定可靠，易于安裝，相機結(jié)構(gòu)緊湊結(jié)實不易損壞，連續(xù)工作時間長，可在較惡劣的環(huán)境下使用，一般的相機是做不到這些的。例如：普通相機無法連續(xù)長時間工作，無法快速連拍，沒有安裝孔位，無法固定于機臺上。

2. 快門時間區(qū)別

工業(yè)相機的快門時間可以很短，曝光可以全局曝光，可以抓拍高速運動的物體。工業(yè)相機的快門時間一般可以從1／100000秒～10秒的范圍內(nèi)調(diào)整，配合控制器、光源、鏡頭，可以將快門時間設(shè)置在微秒級，而全局曝光，可以十分有效的解決拖影等問題。

3. 掃描方式區(qū)別

工業(yè)相機的圖像傳感器是逐行掃描的，而普通相機的圖像傳感器是隔行掃描的，逐行掃描的圖像傳感器生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，成品率低，出貨量少且價格昂貴。

4. 幀率區(qū)別

工業(yè)相機的幀率遠遠高于普通相機。工業(yè)相機根據(jù)相機分辨率不同，每秒可以拍攝幾張到幾百張圖片，甚至成千上萬張圖片，而普通相機只能拍攝幾張圖像，相差較大。例如工業(yè)相機的30萬像素相機，可以輕松做到200幀。

5. 光譜區(qū)別

工業(yè)相機通常輸出的是裸數(shù)據(jù)，其光譜范圍也往往比較寬，比較適合進行高質(zhì)量的圖像處理算法，例如機器視覺應(yīng)用。而普通相機拍攝的圖片，其光譜范圍只適合人眼視覺，并且經(jīng)過了壓縮，圖像質(zhì)量較差，不利于分析處理。

6. 價格區(qū)別

工業(yè)相機相對普通相機來說價格較貴。主要還是由市場需要來決定的。工業(yè)相機的出貨量遠不如普通相機，因此成本居高不下是必然的。

一般選擇工業(yè)相機的注意事項

選擇合適的相機是機器視覺系統(tǒng)設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)，相機的選擇不僅直接決定所采集到的圖像分辨率、圖像質(zhì)量等，同時也與整個系統(tǒng)的運行模式直接相關(guān)。

1. 相機類型

對于靜止檢測或者一般低速的檢測，優(yōu)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(yīng)用考慮使用線陣相機。根據(jù)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(nèi)完成。而在實際檢測中實現(xiàn)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。

2. 相機幀率

相機的幀率決定著設(shè)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(jīng)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。

3. 相機的曝光時間

相機的最小曝光時間，可以決定目標的運動速度。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(shè)我們的目標運動速度是1mm/S，我們的測量精度是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，這就要求我們的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，這時我們的精度已經(jīng)無法達到0.010.01mm/pixel了。

4. 相機輸出接口

同等像素條件下，各種接口的總線其相機幀率是不一樣的。一般來說：CameraLink>USB3>GIGE>1394B>USB2,1394A。現(xiàn)在最快的是Camera Link總線，USB3的理論速度達到了5Gbps即640MB，實際表現(xiàn)來看，應(yīng)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(wǎng)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。

企業(yè)應(yīng)如何選擇工業(yè)相機

工業(yè)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(shù)字圖像攝取目標轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，圖像系統(tǒng)對這些信號進行各種運算來抽取目標的特征，進而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。

1. 知道系統(tǒng)精度要求和相機分辨率，可以通過公式

X方向系統(tǒng)精度(X方向像素值)=視野范圍(X方向)/CCD芯片像素數(shù)量( X方向)Y方向系統(tǒng)精度(Y方向像素值)=視野范圍(Y方向)/CCD 芯片像素數(shù)量( Y方向)2. 知道系統(tǒng)速度要求與相機成像速度系統(tǒng)單次運行速度=系統(tǒng)成像(包括傳輸)速度+系統(tǒng)檢測速度雖然系統(tǒng)成像(包括傳輸)速度可以根據(jù)相機異步觸發(fā)功能、快門速度等進行理論計算，最好的方法還是通過軟件進行實際測試。

3. 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；分辨率的匹配：每款板卡都只支持某一分辨率范圍內(nèi)的相機;特殊功能的匹配：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。接口的匹配：確定相機與板卡的接口是否相匹配。如CameraLink、GIGE、CoxPress、USB3.0等。

4、在滿足您對檢測的必要需求后，最后才應(yīng)該是價格的比較

如我們的檢測任務(wù)是尺寸測量，產(chǎn)品大小是18mm*10mm，精度要求是0.01mm，流水線作業(yè)，檢測速度是10件/秒，現(xiàn)場環(huán)境是普通工業(yè)環(huán)境，不考慮干擾問題。首先我們知道是流水線作業(yè)，速度比較快，因此選用逐行掃描相機，視野大小我們可以設(shè)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。