選擇合適工業相機完成機器視覺圖像采集

摘要：在一個完整的機器視覺系統中，圖像采集的意義非常大，因為通過圖像采集后，視頻信號就可以轉換為計算機使用的數字格式。為機器視覺系統選擇工業相機時需要注意幾個方面。

　　在一個完整的機器視覺系統中，圖像采集的意義非常大，因為通過圖像采集后，視頻信號就可以轉換為計算機使用的數字格式。以下是為機器視覺系統選擇工業相機時需要注意的幾個方面：
　　1. 提高分辨率的優缺點
　　雖然高分辨率工業相機有助于提高度，但是通過分析更清晰的，更精細的圖像，就會降低了速度。工業數字相機傳輸圖像數據是由一系列代表像素值的數字組成的。一個分辨率為200×100的相機具有20000個像素，因此，20000個數字值會被發送到采集系統。如果工業相機工作在25MHz的數據速率下，它每40納秒傳送一個值。這造成一幅整個圖像需要大約0.0008秒，相當于1250幀/秒。而當分辨率提高到640×480會有307200個像素，大約是上面的15倍。使用同樣的25MHz數據速率，采集整幅圖像需要0.012288秒，或相當于81.4幀/秒。這些值都是期望值，實際的相機幀率會較低，因為我們不得不添加曝光和調整次數，但是工業相機分辨率的增加會導致工業相機幀率成比例的下降。雖然各種工業相機輸出配置會在不犧牲幀率的情況下提高工業相機分辨率，但是這也需要增加復雜性和更高的成本。
　　2. 速度和曝光
　　在選擇一款工業數字相機時，物體成像的速度必須充分考慮好。例如，假設在拍攝過程中，物體在曝光中沒有移動，可用相對簡單和便宜的工業相機；對于靜止或緩慢移動的物體，面陣工業相機于對靜止或移動緩慢的物體成像。因為整個面陣區域必須一次曝光，在曝光時間當中任何的移動會導致圖像的模糊，但是，運動模糊可以通過減少曝光時間或使用閃光燈來控制；對于快速移動的物體，當對運動的物體使用一個面陣工業相機時，需要考慮在曝光時間當中處于工業相機當中的運動對象數量，還需要考慮物體上能用一個像素表征的zui小特征，也就是對象分辨率，在采集運動物體的圖像的拇指規則就是曝光必須發生在采集物體移動量小于一個像素的時間內。如果你采集的物體是在以1厘米/秒的速度勻速移動，而且物體分辨率已經設置為1 pixel/mm，那么需要的zui大曝光時間是1/10每秒。因為物體移動一個距離恰好等于相機傳感器中的一個像素，當使用zui大曝光時間時這里會有一定數量的模糊。在這種情況下，一般傾向于將曝光時間設置的比zui大值要快，比如1/20每秒，就能保持物體在移動半個像素內成像。如果同樣的物體以1厘米/秒的速度移動，物體分辨率為1 pixel/微米，那么一秒中所需要的zui大曝光是1/10000.曝光設置的對快取決于所采用的相機，還有你是否能夠給物體足夠的光來獲得一幅好的圖像。
　　3. 幀率
　　工業相機的幀率即工業相機在一個預定周期內發送給采集系統的完整幀的個數，它通常也稱作為每秒鐘的幀數。舉個例子，分辨率為640×480的一款工業相機zui大的幀率為每秒鐘50幀。因此，這個工業相機需要在一個曝光之后用20毫秒來發送一幀。一些工業相機在當前曝光被讀取的時候不能采用后來的曝光，因此它們需要在沒有圖像時的一個固定時間間隔。而另外一些類型的相機能在讀取一幅圖像中同時采集下一個曝光。因此，在對移動物體成像時必須考慮相機的讀取時間和方法。當沒有曝光時候還要進一步考慮幀間時間間隔。
　　4. 頻譜響應和靈敏度
　　所有工業數字相機都配置對光能量敏感的電子傳感器。相機對光能量敏感的光能量波長一般在400納米到1000多納米之間。除此之外，在低于400納米就進入到紫外光譜，而其它高于1000納米就進入到紅外光譜。這里還有對物體發出某個光的特定波長進行成像的需求，而且按這種波長定義的工業相機特征也需要被定義。濾波器也應用來阻擋不想要的波長的光，但是仍然需要了解工業相機對需求的波長的光如何很好的響應。
　　5. 比特深度
　　工業數字相機生產數字數據，或像素值。要成為數字的，這個數據就要有一個每個像素的位數，稱之為像素比特深度。這個深度通常從8到16比特。在單色工業相機中，比特深度定義從暗到亮的灰度級別的數量，這里0代表*暗，255（8比特深度）代表*亮。在0到255之間的值就代表灰度陰影，接近0的為暗灰度，接近255的幾乎為白。10比特數據提供1024個灰度級別，而12比特數據提供4096個灰度級別。每個應用都應該謹慎地來確定使用精細的灰度級，還是使用粗糙的灰度級。機器視覺系統通常使用8比特像素，使用10比特或12比特就意味著使得數據量增倍，作為傳送數據的另一種類型。這樣導致系統在速度上的降低，因為使用兩種類型的像素比特，但是并不是所有的比特都是有意義的。較高位深度還增加了系統集成的復雜性，因為更高比特深度需要更寬的帶寬，特別是在工業相機有多個輸出的情況下。
　　以上幾個關鍵因素決定著機器視覺系統的圖像采集部分，也對整個機器視覺系統的定位以及后面的圖像分析有著很大的影響。如果用戶想在圖像采集上做出正確的決定，同時便于其它硬件的選型與成本控制，就可以針對自己的需求，充分考慮這幾個因素。