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机器视觉系统镜头的参数

  相机是机器视觉系统中的一个关键组件,其最本质的功能就是将光信号转变成为有序的电信号。选择合适的摄像机也是机器视觉系统设计中的重要环节,相机的不仅是直接决定所采集到的图像分辨率、图像质量等,同时也与整个系统的运行模式直接相关。




主要参数

1. 分辨率(Resolution):摄像机每次采集图像的像素点数(Pixels),对于数字摄像机一般是直接与光电传感器的像元数对应的,对于模拟摄像机则是取决于视频制式,PAL制为768*576NTSC制为640*480

2. 像素深度(Pixel Depth):即每像素数据的位数,一般常用的是8Bit,对于数字摄像机一般还会有10Bit12Bit等。

3. 最大帧率(Frame Rate/行频(Line Rate):摄像机采集传输图像的速率,对于面阵摄像机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)。

4. 曝光方式(Exposure)和快门速度(Shutter):对于线阵摄像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;面阵摄像机有帧曝光、场曝光和滚动行曝光等几种常见方式,数字摄像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,高速摄像机还可以更快。

5. 像元尺寸(Pixel Size):像元大小和像元数(分辨率)共同决定了摄像机靶面的大小。目前数字摄像机像元尺寸一般为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350nm1000nm,一些摄像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。

机器视觉系统中常用相机的分

     根据不同感光芯片划分为:CCDCMOS两种:

1.CCD摄像机,CCD称为电荷耦合器件,CCD实际上只是一个把从图像半导体中出来的电子有组织地储存起来的方法。

2.CMOS摄像机,CMOS称为互补金属氧化物半导体CMOS实际上只是将晶体管放在硅块上的技术,没有更多的含义。

  尽管CCD表示电荷耦合器件CMOS表示互补金属氧化物半导体,但是不论CCD或者CMOS对于图像感应都没有用,真正感应的传感器称做图像半导体CCDCMOS传感器实际使用的都是同一种传感器图像半导体,图像半导体是一个P N结合半导体,能够转换光线的光子爆炸结合处成为成比例数量的电子。电子的数量被计算信号的电压,光线进入图像半导体得越多,电子产生的也越多,从传感器输出的电压也越高。

   因为人眼能看到1Lux照度(满月的夜晚)以下的目标,CCD传感器通常能看到的照度范围在0.1~3Lux,是CMOS传感器感光度的310倍,所以目前一般CCD摄像机的图像质量要优于CMOS摄像机。

         CMOS可以将光敏元件、放大器、A/D转换器、存储器、数字信号处理器和计算机接口控制电路集成在一块硅片上,具有结构简单、处理功能多、速度快、耗电低、成本低等特点。CMOS摄像机存在成像质量差、像敏单元尺寸小、填充率低等问题,1989年后出现了有源像敏单元结构,不仅有光敏元件和像敏单元的寻址开关,而且还有信号放大和处理等电路,提高了光电灵敏度、减小了噪声,扩大了动态范围,使得一些参数与CCD摄像机相近,而在功能、功耗、尺寸和价格方面要优于CCD,逐步得到广泛的应用。CMOS传感器可以做得非常大并有和CCD传感器同样的感光度,因此非常适用于特殊应用。CMOS传感器不需要复杂的处理过程,直接将图像半导体产生的电子转变成电压信号,因此就非常快,这个优点使得CMOS传感器对于高帧摄像机非常有用,高帧速度能达到400100000/秒。

  模拟摄像机所输出的信号形式为标准的模拟量视频信号,需要配专用的图像采集卡才能转化为计算机可以处理的数字信息。模拟摄像机一般用于电视摄像和监控领域,具有通用性好、成本低的特点,但一般分辨率较低、采集速度慢,而且在图像传输中容易受到噪声干扰,导致图像质量下降,所以只能用于对图像质量要求不高的机器视觉系统。常用的摄像机输出信号格式有:

1、PAL(黑白为CCIR),中国电视标准,625行,50

2、NTSC(黑白为EIA),日本电视标准,525行,60

3、SECAM

4、S-VIDEO

5、分量传输

工作距离往往在视觉应用中至关重要,它与视场大小成正比,有些系统工作空间很小因而需要镜头有小的工作距离,但有的系统在镜头前可能需要安装光源或其它工作装置因而必须有较大的工作距离保证空间,通常FA镜头与监控镜头相比,小的工作距离就是一个重要区别。


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