近年來,機器視覺技術發展迅猛,應用領域已由起初的電子制造和半導體生產,發展到了包裝、汽車、交通和體育等多個行業,其中的工業相機作為機器視覺的核心組件,對于整個技術系統,起著至關重要的作用。那么,什么是工業相機?如何作用在機器視覺系統中?它和普通單反相機又有什么不同?一起來看。
機器視覺技術是一門涉及人工智能、神經生物學、心理物理學、計算機科學、圖像處理、模式識別等諸多領域的交叉學科,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,用于實際檢測、測量和控制。該系統可分為“視”和“覺”兩部分,“視”是將外界信息通過成像來顯示成數字信號反饋給計算機,需要依靠一整套的硬件解決方案,包括光源、相機、圖像采集卡、視覺傳感器等;“覺”則是計算機對數字信號進行處理和分析,主要是軟件算法。
工業相機是機器視覺系統中“視”部分的關鍵組件,其功能就是將光信號轉變成有序的電信號,相當于機器視覺系統的“眼睛”,直接決定整個系統所呈現圖像畫面(或數據)的質量,是整個視覺系統優劣的重要判斷因素。
工業相機主要有以下幾個部分組成:
1.圖像傳感器:是工業相機的核心部件,通常采用CCD或CMOS傳感器。
(注:CCD,電荷耦合器件圖像傳感器。它使用一種高感光度的半導體材料制成,能把光線轉變成電荷,通過模數轉換器芯片轉換成數字信號,數字信號經過壓縮以后由相機內部的閃速存儲器或內置硬盤卡保存,因而可以輕而易舉地把數據傳輸給計算機,并借助于計算機的處理手段,根據需要和想象來修改圖像。
2.相機電路板:包括圖像傳感器控制芯片、A/D轉換、USB或GigE接口等。
3.鏡頭:負責將物體反射的光線聚焦到傳感器上。
4.濾光片:用于濾掉不需要的光線。
5.燈光源:提供適當的照明條件,以確保拍攝到高質量的圖像。
6.機殼:通常采用金屬材料,以保護內部電子元件不受損壞。
7.其他輔助元件:例如風扇、散熱器、電源等,以保證工業相機的正常運行。
工業相機與普通相機的區別主要體現在以下六點:
1、工業相機的性能穩定可靠易于安裝,相機結構緊湊結實不易損壞,連續工作時間長,可在較差的環境下使用,一般的數碼相機無法做到。
2、工業相機的快門時間非常短,可以抓拍高速運動的物體。例如,把名片貼在電風扇扇葉上,以最大速度旋轉,設置合適的快門時間,用工業相機抓拍一張圖像,仍能夠清晰辨別名片上的字體。用普通的相機來抓拍,無法達到該效果。
3、工業相機的圖像傳感器逐行掃描,普通的相機的圖像傳感器是隔行掃描的,逐行掃描的圖像傳感器生產工藝比較復雜,成品率低,出貨量少,世界上只有少數公司能夠提供這類產品,例如Dalsa、Sony,而且價格昂貴。
4、工業相機的幀率遠遠高于普通相機。工業相機每秒最多可以拍攝幾百幅圖片(目前市場上商用工業相機大部分拍攝效率在每秒200幅左右),而普通相機無法達到該效率。
5、工業相機輸出的是裸數據(raw data),其光譜范圍也往往比較寬,比較適合進行高質量的圖像處理算法,例如機器視覺(Machine Vision)應用。普通相機拍攝的圖片,圖像質量相對較差。
6、工業相機(Industrial Camera)相對普通相機(DSC)來說價格較貴。
隨著國內機器視覺行業的迅猛發展,機器視覺系統的重要組件,工業相機也同樣得到了巨大的發展。數字工業相機對被攝物的大小沒有限制,根據鏡頭的條件,既可以拍攝一般物質,也可以用于顯微鏡攝影。目前,工業相機的主要用途包括以下幾個方面:
(1)在開發產品和驗證產品等:如開發金屬材料及樹脂材料時,用來觀察材料受到沖擊時內部裂紋產生的方向、狀態等,可用來分析材料被破壞時物質的結構,及電子產品的工業在線檢測等;
(2)包裝和標簽行業的印刷過程中,能夠實時檢測到高速印刷中細微的缺陷,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)其他領域:如機器視覺、科研、軍事科學、航空航天等眾多領域,尤其是在智能交通行業:超速抓拍,闖紅燈電子警察、高速路口、卡扣收費等交通行業也得到了良好的使用。