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工业数字相机主要参数 工业相机的工作原理

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摘要:工业数字相机又俗称摄像机,主要用于工业方面,用来做视觉检测、尺寸测量、安防监控等。工业数字相机主要参数包括分辨率、像素深度、最大帧率、曝光方式、像元尺寸、光谱响应特性和接口类型。下面来了解下工业相机的主要参数以及工作原理。

一、工业数字相机主要参数

1、分辨率(Resolution)

相机每次采集图像的像素点数(Pixels),对于数字相机一般是直接与光电传感器的像元数对应的,对于模拟相机则是取决于视频制式,PAL制为768*576,NTSC制为640*480,模拟相机已经逐步被数字相机代替,且分辨率已经达到6576*4384。

2、像素深度(Pixel Depth)

即每像素数据的位数,一般常用的是8Bit,对于数字相机机一般还会有10Bit、12Bit、14Bit等。

3、最大帧率(Frame Rate)/行频(Line Rate)

相机采集传输图像的速率,对于面阵相机一般为每秒采集的帧数(Frames/Sec.),对于线阵相机为每秒采集的行数(Lines/Sec.)。

4、曝光方式(Exposure)和快门速度(Shutter)

对于线阵相机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;面阵相机有帧曝光、场曝光和滚动行曝光等几种常见方式,数字相机一般都提供外触发采图的功能。快门速度一般可到10微秒,高速相机还可以更快。

5、像元尺寸(Pixel Size)

像元大小和像元数(分辨率)共同决定了相机靶面的大小。数字相机像元尺寸为3μm~10μm,一般像元尺寸越小,制造难度越大,图像质量也越不容易提高。

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,一些相机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、接口类型

有Camera Link接口,以太网接口,1394接口、USB接口输出,目前最新的接口有CoaXPress接口。

二、工业相机的工作原理

工业相机又俗称工业摄像机,相比于传统的民用相机(摄像机)而言,它具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等,市面上工业相机大多是基于CCD(Charge Coupled Device)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)芯片的相机。那对于拥有这两种不同芯片的工业相机的工作原理是怎样的呢?

1、CCD芯片相机

在感光像点接受光照之后,感光元件产生对应的电流,电流大小与光强对应,因此感光元件直接输出的电信号是模拟的。在CCD传感器中,每一个感光元件都不对此作进一步的处理,而是将它直接输出到垂直寄存器,传到水平寄存器中,后才能形成统一的输出。由于感光元件无法直接进行模数转换工作,因此输出数据需要由CCD传感器中的放大器专门负责,经放大器处理之后,每个像点的电信号强度都获得同样幅度的加大;因信号只通过一个放大器进行放大,所以产生的噪点较少。但由于CCD本身无法将模拟信号直接转换为数字信号,因此还需要一个专门的模数转换芯片进行处理,终以二进制数字图像矩阵的形式输出给专门的DSP处理芯片。

2、CMOS芯片相机

CMOS传感器中每一个感光元件都直接整合了放大器和模数转换逻辑,当感光二极管接受光照、产生模拟的电信号之后,电信号首先被该感光元件中的放大器放大,然后直接转换成对应的数字信号。但CMOS感光元件中的放大器属于模拟器件,无法保证每个像点的放大率都保持严格一致,图像品质明显低于CCD传感器,不过目前这方面的技术已大幅改善。

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