工業(yè)相機-機器視覺系統(tǒng)的眼睛
[導(dǎo)讀]點擊上方OFweek工控關(guān)注我們，了解更多工控行業(yè)前沿動態(tài)和知識干貨。????機器視覺技術(shù)，是一門涉及人工智能、神經(jīng)生物學(xué)、心理物理學(xué)、計算機科學(xué)、圖像處理、模式識別等諸多領(lǐng)域的交叉學(xué)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...
點擊上方OFweek工控關(guān)注我們，了解更多工控行業(yè)前沿動態(tài)和知識干貨。
? ? ? ?機器視覺技術(shù)，是一門涉及人工智能、神經(jīng)生物學(xué)、心理物理學(xué)、計算機科學(xué)、圖像處理、模式識別等諸多領(lǐng)域的交叉學(xué)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(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(dāng)于機器視覺系統(tǒng)的“眼睛”。相比于傳統(tǒng)的民用相機（攝像機）而言，工業(yè)相機（攝像機）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。
? ? ? ?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(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過壓縮以后由相機內(nèi)部的閃速存儲器或內(nèi)置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計算機，并借助于計算機的處理手段，根據(jù)需要和想像來修改圖像。
? ? ? ?CMOS，互補性氧化金屬半導(dǎo)體CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）。和CCD一樣，同為在數(shù)碼相機中可記錄光線變化的半導(dǎo)體。CMOS的制造技術(shù)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(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N（帶–電） 和 P（帶 電）級的半導(dǎo)體，這兩個互補效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀(jì)錄和解讀成影像。工業(yè)相機的作用
? ? ? ?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(biāo)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(biāo)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。
? ? ? ?隨著國內(nèi)機器視覺行業(yè)的迅猛發(fā)展，機器視覺系統(tǒng)的重要組件，工業(yè)相機也同樣得到了巨大的發(fā)展。數(shù)字工業(yè)相機對被攝物的大小沒有限制，根據(jù)鏡頭的條件，既可以拍攝一般物質(zhì)，也可以用于顯微鏡攝影。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(biāo)簽行業(yè)的印刷過程。工業(yè)相機能夠?qū)崟r檢測到高速印刷中細(xì)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
? ? ? ?企業(yè)在實際選購和使用工業(yè)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(yè)標(biāo)準(zhǔn)進行的工業(yè)相機分類。
（1）芯片類型? ? ?分為CCD相機、CMOS相機；
（2）傳感器的結(jié)構(gòu)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(shù)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(yīng)頻率范圍? ? ? ?分為可見光（普通）相機、紅外相機、紫外相機等。工業(yè)相機為什么會丟幀？
? ? ? ?選擇合適的相機也是機器視覺系統(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)。設(shè)計不良的驅(qū)動程序或工業(yè)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(shè)計者針對驅(qū)動程序與工業(yè)相機硬件資料傳輸?shù)拿總€環(huán)節(jié)進行精密的設(shè)計。
智能相機與工業(yè)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(tǒng)。它將圖像的采集、處理與通信功能集成于單一相機內(nèi)，從而提供了具有多功能、模塊化、高可靠性、易于實現(xiàn)的機器視覺解決方案。同時，由于應(yīng)用了最新的DSP、FPGA及大容量存儲技術(shù)，其智能化程度不斷提高，可滿足多種機器視覺的應(yīng)用需求。
? ? ? ?工業(yè)相機與智能相機的應(yīng)用場合相差不大，但使用上卻有很大的差別，工業(yè)相機需要外接控制器，需要專業(yè)性比較強的軟件人員來進行編程，可應(yīng)對各種復(fù)雜的檢測要求，而智能相機則內(nèi)置簡單實用的調(diào)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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? ? ? ?機器視覺技術(shù)，是一門涉及人工智能、神經(jīng)生物學(xué)、心理物理學(xué)、計算機科學(xué)、圖像處理、模式識別等諸多領(lǐng)域的交叉學(xué)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(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(dāng)于機器視覺系統(tǒng)的“眼睛”。相比于傳統(tǒng)的民用相機（攝像機）而言，工業(yè)相機（攝像機）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。
? ? ? ?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(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過壓縮以后由相機內(nèi)部的閃速存儲器或內(nèi)置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計算機，并借助于計算機的處理手段，根據(jù)需要和想像來修改圖像。
? ? ? ?CMOS，互補性氧化金屬半導(dǎo)體CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）。和CCD一樣，同為在數(shù)碼相機中可記錄光線變化的半導(dǎo)體。CMOS的制造技術(shù)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(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N（帶–電） 和 P（帶 電）級的半導(dǎo)體，這兩個互補效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀(jì)錄和解讀成影像。工業(yè)相機的作用
? ? ? ?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(biāo)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(biāo)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。
? ? ? ?隨著國內(nèi)機器視覺行業(yè)的迅猛發(fā)展，機器視覺系統(tǒng)的重要組件，工業(yè)相機也同樣得到了巨大的發(fā)展。數(shù)字工業(yè)相機對被攝物的大小沒有限制，根據(jù)鏡頭的條件，既可以拍攝一般物質(zhì)，也可以用于顯微鏡攝影。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(biāo)簽行業(yè)的印刷過程。工業(yè)相機能夠?qū)崟r檢測到高速印刷中細(xì)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
? ? ? ?企業(yè)在實際選購和使用工業(yè)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(yè)標(biāo)準(zhǔn)進行的工業(yè)相機分類。
（1）芯片類型? ? ?分為CCD相機、CMOS相機；
（2）傳感器的結(jié)構(gòu)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(shù)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(yīng)頻率范圍? ? ? ?分為可見光（普通）相機、紅外相機、紫外相機等。工業(yè)相機為什么會丟幀？
? ? ? ?選擇合適的相機也是機器視覺系統(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)。設(shè)計不良的驅(qū)動程序或工業(yè)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(shè)計者針對驅(qū)動程序與工業(yè)相機硬件資料傳輸?shù)拿總€環(huán)節(jié)進行精密的設(shè)計。
智能相機與工業(yè)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(tǒng)。它將圖像的采集、處理與通信功能集成于單一相機內(nèi)，從而提供了具有多功能、模塊化、高可靠性、易于實現(xiàn)的機器視覺解決方案。同時，由于應(yīng)用了最新的DSP、FPGA及大容量存儲技術(shù)，其智能化程度不斷提高，可滿足多種機器視覺的應(yīng)用需求。
? ? ? ?工業(yè)相機與智能相機的應(yīng)用場合相差不大，但使用上卻有很大的差別，工業(yè)相機需要外接控制器，需要專業(yè)性比較強的軟件人員來進行編程，可應(yīng)對各種復(fù)雜的檢測要求，而智能相機則內(nèi)置簡單實用的調(diào)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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