机器视觉入门：工业相机选型基础

彩色相机OR黑白相机

清晰度上的区别

• 通过滤色片，只允许一种颜色通过
• 使用分光菱片的方式放光然后再合成，对结构要求高，使用再高端场合下。
• 通用感光芯片+滤色片，每个像素只感光一种颜色分量，其他分量通过临近点计算出来，也就是插值计算。
• 插值运算会有彩色点纹出现，虽然有多种插值运算，但在速度和效果上各有千秋。

灵敏度上的区别

• 两个原因导致了感光芯片的灵敏度下降：滤色片的过滤，以及不可见的红外的过滤。
  总结来说：

• 彩色的清晰度较低
• 彩色的灵敏度较低
• 彩色相机的价格较高

如何图像分辨率

• 检测精度和算法决定了分辨率
• 计算：检测区间尺寸X，精度为VX，则分辨率为X/VX，如10mm的工件，精度为0.01，则像素选择1000.
• 另外，图片不是越清晰越好，因为更清晰的图片，处理和传输会慢。

传输帧率

• 考虑到由运动控制等延时，我们的帧频要大于检测频率
• 人眼识别>16fps时会判断为连贯的，FPS为帧每秒。
  例子：要求

• 帧率>25FPS
• 自动检测，帧率大于每秒工件个数
• 高速检测需要200FPS甚至更高。

• 以选择28FPS为例，计算方式如下：相机分辨率1024128028/1M=36.7M，也就是说，一秒需要传输和处理36.7M的数据量。

相机的种类

根据感光芯片的结构分为CCD和CMOS
其中CCD分为：

• 全帧CCD
• 帧转移CCD
• 逐行扫描行间转移CCD
• 隔行
  以及CMOS包括：
• 3T 滚动快门
• 4T 串行全帧快门
• 5T 并行全帧快门

全帧CCD

• 原理：通过机械快门，机械的开关为曝光时间，然后逐行输出
• 全帧特点：机械快门影响灵敏度，大电荷容纳能力带来大的动态范围
• 使用场景：医疗，科研，天文

帧转移CCD

• 原理：增加了一个缓存区域
• 特点：有缓存，曝光时间灵活，可抓运动物体，但成本高
• 场景：高端工业场合下

行间转移CCD

• 跟帧转移类似，缓存不是整块
• 逐行抓运动物体效果更好，隔行会有锯齿效应
• 速度比帧转移快

3T CMOS

• 三个MOS管，可复制和读出操作
• 跟全帧类似，但不需要机械快门，而用ERS（卷帘式快门）
• 逐行曝光和读出，曝光时间一样，但是等待时间不一样，运动情况容易扭曲！！
• 但拍静物时，性价比高，信噪比高
• 变通：可以配合机械快门，或者频闪灯来模拟快门
• 特点：低成本，静物，配合频闪拍运动物体

4T CMOS

• 加入一个MOS管，跟转移型CCD类似，可存储。
• 可拍运动物体
• 工业应用广泛

5T MOS

• 再加入一个MOS，用来并行同步
• 上一图输出同时曝光下一张，实现高速
• 高速成像领域

曝光时间

• 运动物体以为积分效应会产生模糊
• 曝光时间<视野高度/（图像高度*移动速度）

接口选择

• 70%用的是模拟相机，模拟相机分辨率768*576，帧频25FPS.
• 如果需要更高分辨率和帧频，或者更高速时，就不适用了。
• 另外，模拟相机要用板卡，成本高
• 数字接口不需要板卡，抗干扰强，传输更远。

数字接口

• USB:成本低，开发成本低
• 1394A
• GIGE
• CAMERA LINK:最快200MBYTE/S，10M距离，有标准协议，成本高，开发难