线阵相机技术报告整理

目录1.1相机和镜头的选型21.2线阵相机和镜头选型21.3图像采集卡、相机接口、PCI、PCI-E插槽的选型31.4线阵相机、镜头、光源的选型详解41.5线阵相机与面阵相机的区别61.6工业相机的问与答9线阵相机相关技术报告1.1 相机和镜头的选型1.1.1面阵相机和镜头的选型已知：被检测物体大小为A*B,要求能够分辨小于C，工作距为D解答：1. 计算短边对应的像素数 E = B/C，相机长边和短边的像素数都要大于E；2. 像元尺寸 = 物体短边尺寸B /所选相机的短边像素数；3. 放大倍率 = 所选相机芯片短边尺寸 / 相机短边的视野范围；4. 可分辨的物体精度= 像元尺寸 / 放大倍率 （判断是否小于C）；5. 物镜的焦距= 工作距离 / (1+1 / 放大倍率)单位：mm；6. 像面的分辨率要大于 1 / (2*0.1*放大倍率)单位：lpmm；以上只针对镜头的主要参数进行计算选择，其他如畸变、景深环境等，可根据实际要求进行选择。针对速度和曝光时间的影响，物体是否有拖影已知：确定每次检测的范围为80mm*60mm，200万像素CCD 相机(1600*1200),相机或物体的运动速度为12mmin = 200mms。曝光时间计算：1. 曝光时间 长边视野范围 / (长边像素值* 产品运动速度)2. 曝光时间 80 mm / (1600*250 mm/s)；3. 曝光时间 图像采集卡的数据率相机接口的带宽 1.2 * 相机数据率；传输通道数脚Pin总数主接口区Pin数总长度主接口区长度1X361425mm7.65mm4X644239mm21.65mm8X987656mm38.65mm16X16414289mm71.65mmPCI插槽有PCI 32bit和PCI 64bit的区别。64bit自然比32bit的长。 1.4线阵相机、镜头、光源的选型详解随着机器视觉的大规模普及与工业流水线速度、精度的提高，线扫描系统越来越被视觉工程师和最终用户所认可。首先，我对线扫描系统做一个大致的介绍。线扫描系统用于被测物体和相机之间有相对运动的场合，通过线扫描相机高速采集，每次采集完一条线后正好运动到下一个单位长度，继续下一条线的采集，这样一段时间下来就拼成了一张二维的图片，也就类似于面阵相机采集到的图片，不同之处是高度可以无限长。接下来通过软件把这幅“无限长”的图片截成一定高度的图片，进行实时处理或放入缓存稍后进行处理。 视觉部分，包括线扫描相机、镜头、光源、图像采集卡和视觉软件；运动控制部分，包括马达, 马达驱动器, 运动控制卡或PLC，为了保证采集的图像与输送带同步，有时还会需要编码器。 由于线扫描信息量大，所以需要一台高性能的工控机，配置大容量的内存和硬盘，主板要提供PCI、PCI-E或PCI-X插槽。 一般来说，一个面阵视觉系统的配置选型是按照这样的顺序进行的：相机采集卡镜头光源；线阵项目也类似，根据系统的检测精度和速度要求，确定线阵CCD相机分辨率和行扫描速度，同时确定对应的采集卡，只是需要选线阵相机镜头接口(mount)时同时考虑镜头的选型，最后确定光源的选型。线阵镜头的选型为什么在选相机时要考虑镜头的选型呢？常见的线阵相机分辨率目前有 1K,2K,4K,6K,7K,8K,12K几种，像素大小有5m、7m、10m、14m几种，这样芯片的大小从 10.240mm (1Kx10m) 到 86.016mm (12Kx7m)不等。很显然，C接口远远不能满足要求，因为C接口最大只能接 22 mm 的芯片，也就是1.3inch。而很多相机的接口为F，M42X1，M72X0.75等，不同的镜头接口对应不同的后背焦(Flange distance)，也就决定了镜头的工作距离不一样。光学放大倍率(,Magnification)确定了相机分辨率和像素大小，就可以计算出芯片尺寸（Sensor size）；芯片尺寸除以视野范围(FOV)就等于光学放大倍率，=CCD/FOV；接口(Mount)主要有C、M42x1 、F、T2、Leica、M72x0.75等几种，确定了之后，就可知道对应接口的长度。后背焦(Flange Distance) 后背焦是指相机接口平面到芯片的距离，是一个非常重要的参数，由相机厂家根据自己的光路设计确定。不同厂家的相机，哪怕是接口一样，也可能有不同的后背焦。线阵相机光源选型线扫描项目中，常用的光源主要有LED光源、卤素灯（光纤光源）、高频荧光灯，不同类型的光源的优点与缺点如下所述：1. 卤素灯卤素灯也叫光纤光源，特点是亮度特别高，但缺点也很明显-寿命短，只有1000-2000小时左右，需要经常更换灯泡。发光源是卤素灯泡，通过一个专门的光学透镜和分光系统，最后通过光纤输出，光源功率很大，可高达250瓦。卤素灯还有一个名字叫冷光源，因为通过光纤传输之后，出光的这一头是不热的且色温稳定，适合用于对环境温度比较敏感的场合，比如二次元量测仪的照明。用于线扫描的卤素灯，常常在出光口加上玻璃聚光镜头，进一步聚焦提高光源亮度。对于较长的线光源，还用几组卤素光源同时为一根光纤提供照明。2. 高频荧光灯高频荧光灯，发光原理和日光灯类似，只是灯管是工业级产品，特点是适合大面积照明，亮度较高，成本低，但荧光灯最大的缺点是有闪烁、衰减速度快。荧光灯一定需要高频电源，也就是光源闪烁的频率远高于相机采集图像的频率(对线扫描相机来说就是行扫描频率)，消除图像的闪烁。专用的高频电源可做到60KHz。3. LED光源LED光源是目前主流的机器视觉光源。特点是寿命长，稳定性好，功耗非常小：1) 直流供电，无频闪；2) 专业的LED光源寿命非常长。(如美国AI的寿命50000小时亮度不小于50%)；3) 亮度也非常高，接近卤素灯的亮度，并且随着LED工艺的改善不断提高。(目前美国AI线光源亮度高达90000LUX)；4) 可以灵活地设计成不同结构的线光源，如直射、带聚光透镜、背光、同轴以及类似于碗状的漫反射线光源；5) 有多种颜色可选，包括红、绿、蓝、白，还有红外、紫外。针对不同被测物体的表面特征和材质，选用不同颜色也就是不同波长的光源，获得更佳的图像；1.5线阵相机与面阵相机的区别线阵相机主要应用于工业、医疗、科研与安全领域的图象处理。在机器视觉领域中，线阵相机是一类特殊的视觉机器。与面阵相机相比，它的传感器只有一行感光元素，因此使高扫描频率和高分辨率成为可能。线阵相机的典型应用领域是检测连续的材料，例如金属、塑料、纸和纤维等。被检测的物体通常匀速运动，利用一台或多台相机对其逐行连续扫描，以达到对其整个表面均匀检测。可以对其图像逐行进行处理，或者对由多行组成的面阵图像进行处理。另外线阵相机非常适合测量场合，这要归功于传感器的高分辨率，它可以准确测量到微米。线阵相机，顾名思义是呈“线”状的。虽然也是二维图像，但极长，几K的长度，而宽度却只有几个象素的而已。一般上只在两种情况下使用这种相机：1：被测视野为细长的带状，多用于滚筒上检测的问题；2：需要极大的视野或极高的精度。在第二种情况下（需要极大的视野或极高的精度），就需要用激发装置多次激发相机，进行多次拍照，再将所拍下的多幅“条”形图像，合并成一张巨大的图。因此，用线阵型相机，必须用可以支持线阵型相机的采集卡。线阵型相机价格贵，而且在大的视野或高的精度检测情况下，其检测速度也慢一般相机的图像是400K1M，而合并后的图像有几个M这么大，速度自然就慢了。由于以上这两个原因，线阵相机只用在极特殊的情况下。面阵相机相机像素是指这个相机总共有多少个感光晶片，通常用万个为单位表示，以矩阵排列，例如300W像素、200W像素、40W像素。百万像素相机的像素矩阵为W*H=1000*1000。相机分辨率，指一个像素表示实际物体的大小，用m*m表示。数值越小，分辨率越高FOV是指相机实际拍摄的面积，以毫米毫米表示。FOV是由像素多少和分辨率决定的。相同的相机，分辨率越大，它的FOV就越小。例如1K*1K的相机，分辨率为20m，则他的FOV=1K*201k*20=20mm20mm，如果用30m的分辨率，他的FOV=1K*301k*30=30mm30mm。在图像中，表现图像细节不是由像素多少决定的，而是由分辨率决定的。分辨率是由选择的镜头焦距决定的，同一种相机，选用不同焦距的镜头，分辨率就不同。如果采用20m分辨率，对于1mm*0.5mm的零件，它总共占用像素1/0.020.5/0.025025个像素，如果采用30m的分辨率，表示同一个元件，则有1/0.030.5/0.03=3317个像素，显然20m的分辨率表现图像细节方面好过30m的分辨率。既然像素的多少不决定图像的分辨率（清晰度），那么大像素相机有何好处呢？答案只有一个：减少拍摄次数，提高测试速度。1个是100W像素，另1个是300W像素，清晰度相同(分辨率均为20m),第1个相机的FOV是20mm20mm400平方mm，第二个相机的FOV是1200平方mm,拍摄同一个PCB，假设第1个相机要拍摄30个图像，第2个相机则只需拍摄10个图像就可以了。对于面阵CCD来说，应用面较广，如面积、形状、尺寸、位置，甚至温度等的测量。面阵CCD的优点是可以获取二维图像信息，测量图像直观。缺点是像元总数多，而每行的像元数一般较线阵少，帧幅率受到限制，而线阵CCD的优点是一维像元数可以做得很多，而总像元数角较面阵CCD相机少，而且像元尺寸比较灵活，帧幅数高，特别适用于一维动态目标的测量。以线阵CCD在线测量线径为例，就在不少论文中有所介绍，但在涉及到图像处理时都是基于理想的条件下，而从实际工程应用的角度来讲，线阵CCD图像处理算法还是相当复杂的。由于生产技术的制约，单个面阵CCD的面积很难达到一般工业测量对视场的需求。线阵CCD的优点是分辨力高，价格低廉，如TCD1501C型线阵CCD，光敏像元数目为5000像元尺寸为7m7m7m(相邻像元中心距)该线阵CCD一维成像长度35mm，可满足大多数测量视场的要求，但要用线阵CCD获取二维图像，必须配以扫描运动，而且为了能确定图像每一像素点在被测件上的对应位置，还必须配以光栅等器件以记录线阵CCD每一扫描行的坐标。一般看来，这两方面的要求导致用线阵CCD获取图像有以下不足：图像获取时间长，测量效率低；由于扫描运动及相应的位置反馈环节的存在，增加了系统复杂性和成本；图像精度可能受扫描运动精度的影响而降低，最终影响测量精度。即使如此，线阵CCD获取图像的方案在以下几方面仍有其特有的优势：线阵CCD加上扫描机构及位置反馈环节，其成本仍然大大低于同等面积、同等分辨率的面阵CCD；扫描行的坐标由光栅提供，高精度的光栅尺的示值精度可高于面阵CCD像元间距的制造精度，从这个意义上讲，线阵CCD获取的图像在扫描方向上的精度可高于面阵CCD图像；新近出现的线阵CCD亚像元的拼接技术可将两个CCD芯片的像元在线阵的排列长度方向上用光学的方法使之相互错位12个像元，相当于将第二片CCD的所有像元依次插入第一片CCD的像元间隙中，间接“减小”线阵CCD像元尺寸，提高了CCD的分辨率，缓解了由于受工艺和材料影响而很难减小CCD像元尺寸的难题，在理论上可获得比面阵CCD更高的分辨率和精度。因此，线阵CCD加扫描运动获取图像的方案目前仍使用广泛，尤其是在要求视场大，图像分辨率高的情况下甚至不能用面阵CCD替代。但是，仅有高的分辨率还不能保证有高的图像识别精度，特别是线阵CCD获取的图像虽然分辨率高，但由于受扫描运动精度的影响，其图像较面阵CCD图像更具特殊性。因此，图像识别时不仅要充分利用分辨率高的优势，还必须从算法上克服扫描运动的影响，使机械传动的误差不致直接影响最终的图像识别精度。线阵CCD图像的特点：由于CCD像元是有间隔的，不论面阵还是线阵CCD获取的图像外观虽然是致密的，但实质上都是离散图像，但面阵CCD像元在纵横两个方向间隔一致，其图像的离散度是一致的，而线阵CCD图像由于存在像元间距和扫描行距，像素点在两个坐标方向上的距离分别是像元间距和扫描行距，一般来说扫描行距受机械传动部分的限制，远大于像元间距。线阵CCD获取二维图像，必须配以扫描运动，在此过程中，线阵CCD在电机驱动下水平前移，按照固定的时间间隔采集一行图像。从理论上讲，电机运动速度应该是匀速的；CCD采集图像的时间间隔主要取决于光积分时间，也应该是相等的，因此行距应该是相等的，但由于电机运动产生的振动、启停过程中速度的变化，特别是机械传动部分的误差都会影响采集行距的一致性，同时，线阵CCD 自身光积分时间也会影响采集行距。1.6工业相机的问与答1：工业相机的丢帧的问题是由什么原因引起的?经常会有一些机器视觉工程师认为USB接口的工业相机会造成丢帧现象。一般而言，工业相机丢帧与工业相机所采用的传输接口是没有关系的，无论是USB，还是1394、GigE、或者是CameraLink。设计不良的驱动程序或工业相机硬件才是造成丢帧的真正原因：设计不良的工业相机之所以会发生丢帧的现象，其实就是资料通道的堵塞，无法及时处理,所以新的图像进来时，前一张可能被迫丢弃，或是新的图像被迫丢弃。要解决这问题，需要设计者针对驱动程序与工业相机硬件资料传输的每个环节进行精密的设计。2：工业相机输入、输出接口有哪些?在机器视觉检测技术中，工业相机的输入、输出接口有Camera Link、IEEE 1394、USB2.0、Ethernet、USB3.0几种；3：知道被测物的长、宽、高以及要求的测量精度，如何来选择CCD 相机和工业镜头，选择以上器件需要注意什么?首先要选择合适的镜头。选择镜头应该遵循以下原则：1).与之相配的相机的芯片尺寸是多大；2).相机的接口类型是哪种的，C 接口，CS 接口还是其它接口；3).镜头的工作距离；4).镜头视场角；5).镜头光谱特性；6).镜头畸变率；7).镜头机械结构尺寸；选择CCD 相机时，应该综合考虑以下几个方面：1).感光芯片类型；CCD 还是CMOS2).视频特点；包括点频、行频。3).信号输出接口；4).相机的工作模式：连续，触发，控制，异步复位，长时间积分。5).视频参数调整及控制方法：Manual、RS232.同时，选择CCD 的时候应该注意，linch=16mm 而不是等于25.4mm.4：CCD 相机与CMOS 相机的区别在哪里？1、成像过程CCD 与CMOS 图像传感器光电转换的原理相同，他们最主要的差别在于信号的读出过程不同；由于CCD 仅有一个（或少数几个）输出节点统一读出，其信号输出的一致性非常好；而CMOS 芯片中，每个像素都有各自的信号放大器，各自进行电荷-电压的转换，其信号输出的一致性较差。但是CCD 为了读出整幅图像信号，要求输出放大器的信号带宽较宽，而在CMOS 芯片中，每个像元中的放大器的带宽要求较低，大大降低了芯片的功耗，这就是CMOS 芯片功耗比CCD 要低的主要原因。尽管降低了功耗，但是数以百万的放大器的不一致性却带来了更高的固定噪声，这又是CMOS 相对CCD 的固有劣势。2、集成性从制造工艺的角度看，CCD 中电路和器件是集成在半导体单晶材料商，工艺较复杂，世界上只有少数几家厂商能够生产CCD 晶元，如DALSA、SONY、松下等。CCD 仅能输出模拟电信号，需要后续的地址译码器、模拟转换器、图像信号处理器处理，并且还需要提供三组不同电压的电源同步时钟控制电路，集成度非常低。而CMOS是集成在被称作金属氧化物的版单体材料上，这种工艺与生产数以万计的计算机芯片和存储设备等半导体集成电路的工艺相同，因此声场CMOS 的成本相对CCD 低很多。同时CMOS 芯片能将图像信号放大器、信号读取电路、A/D 转换电路、图像信号处理器及控制器等集成到一块芯片上，只需一块芯片就可以实现相机的所有基本功能，集成度很高，芯片级相机概念就是从这产生的。随着CMOS 成像技术的不断发展，有越来越多的公司可以提供高品质的CMOS 成像芯片，包括：Micron、 CMOSIS、Cypress 等。3、速度CCD 采用逐个光敏输出，只能按照规定的程序输出，速度较慢。CMOS 有多个电荷-电压转换器和行列开关控制，读出速度快很多，目前大部分500fps 以上的高速相机都是CMOS 相机。此外CMOS 的地址选通开关可以随机采样，实现子窗口输出，在仅输出子窗口图像时可以获得更高的速度。4、噪声CCD 技术发展较早，比较成熟，采用PN 结或二氧化硅（SiO2）隔离层隔离噪声，成像质量相对CMOS 光电传感器有一定优势。由于CMOS 图像传感器集成度高，各元件、电路之间距离很近，干扰比较严重，噪声对图像质量影响很大。近年，随着CMOS 电路消噪技术的不断发展，为生产高密度优质的CMOS 图像传感器提供了良好的条件。5：工业相机都有哪些主要参数？1.分辨率2. 速度（帧频/行频）3. 噪声4. 信噪比5. 动态范围6. 像元深度7. 光谱响应8. 光学接口6：工业相机的分辨率是如何定义的？分辨率是相机最基本的参数，由相机所采用的芯片分辨率决定，是芯片靶面排列的像元数量。通常面阵相机的分辨率用水平和垂直分辨率两个数字表示，如：1920（H）x 1080(V)，前面的数字表示每行的像元数量，即共有1920个像元，后面的数字表示像元的行数，即1080 行。现在相机的分辨率通常表示多少K,如1K（1024），2K(2048)，3K(4096)等。在采集图像时，相机的分辨率对图像质量有很大的影响。在对同样大的视场（景物范围）成像时，分辨率越高，对细节的展示越明显。7：工业相机的帧频和行频是什么意思？相机的帧频/行频表示相机采集图像的频率，通常面阵相机用帧频表示，单位fps（Frame Per second），如30fps，表示相机再1 秒钟内最多能采集30 帧图像；线阵相机通常用行频便是单位KHz,如12KHz 表示相机再1 秒钟内最多能采集12000 行图像数据。速度是相机的重要参数，在实际应用中很多时候需要对运动物体成像。相机的速度需要满足一定要求，才能清晰准确的对物体成像。相机的帧频和行频首先受到芯片的帧频和行频的影响，芯片的设计最高速度则主要是由芯片所能承受的最高时钟决定。8：工业相机的噪声是什么意思？工业相机的噪声是指成像过程中不希望被采集到的，实际成像目标外的信号。根据欧洲相机测试标准EMVA1288 中，定义的相机中的噪声从总体上可分为两类：一类是由有效信号带来的符合泊松分布的统计涨落噪声，也叫散粒噪声（shot noise）,这种噪声对任何相机都是相同的，不可避免，尤其确定的计算公式。（就是：噪声的平方=信号的均值）。第二类是相机自身固有的与信号无关的噪声，它是由图像传感器读出电路、相机信号处理与放大电路等带来的噪声，每台相机的固有噪声都不一样。另外，对数字相机来说，对视频信号进行模拟转换时会产生量化噪声，量化位数越高，噪声越低。9：工业相机的信噪比什么意思？相机的信噪比定义为图像中信号与噪声的比值（有效信号平均灰度值与噪声均方根的比值），代表了图像的质量，图像信噪比越高，图像质量越好。10：工业相机中动态范围是什么意思？相机的动态范围表明相机探测光信号的范围，动态范围可用两种方法来界定，一种是光学动态范围，指饱和时最大光强与等价于噪声输出的光强的比值，由芯片的特性决定。另一种是电子动态范围，他指饱和电压和噪声电压之间的比值。对于固定相机其动态范围是一个定值，不随外界条件变化而变化。在线性响应去，相机的动态范围定义为饱和曝光量与噪声等效曝光量的比值：动态范围=光敏元的满阱容量/等效噪声信号动态范围可用倍数、dB 或Bit 等方式来表示。动态范围大，则相机对不同的光照强度有更强的适应能力。11：工业相机里的像元深度是什么意思？数字相机输出的数字信号，即像元灰度值，具有特殊的比特位数，称为像元深度。对于黑白相机这个值的方位通常是8-16bit。像元深度定义了灰度由暗道亮的灰阶数。例如，对于8bit 的相机0 代表全暗而255 代表全亮。介于0 和25 之间的数字代表一定的亮度指标。10bit 数据就有1024个灰阶而12bit有4096个灰阶。每一个应用我们都要仔细考虑是否需要非常细腻的灰度等级。从8bit上升到10bit 或者12bit 的确可以增强测量的精度，但是也同时降低了系统的速度，并且提高了系统集成的难度（线缆增加，尺寸变大），因此我们也要慎重选择。12：工业相机都有哪些接口？接口是指相机与镜头之间的借口，常用的镜头的借口有C口，CS口，F口。13：工业相机是怎么分类的？1. 按照芯片结构分类：CCD 相机 & CMOS 相机2. 按照传感器结构分：面阵相机 & 线阵相机3. 按照输出模式分类：模拟相机 & 数字相机4. 彩色相机&黑白相机14：工业相机与普通数码相机的区别在哪里？1.工业相机的快门时间特别短，能清晰地抓拍快速运动的物体，而普通相机抓拍快速运动的物体非常模糊；2.工业相机的图像传感器是逐行扫描的，而普通相机的图像传感器是隔行扫描的，甚至是隔三行扫描；3.工业相机的拍摄速度远远高于普通的相机；工业相机每秒可以拍摄十幅到几百幅的图片，而普通相机只能拍摄2-3 幅图像；4.工业相机输出的是裸数据，它的光谱范围也往往比较宽，比较适合进行高质量的图像处理算法，普遍应用于机器视觉系统中。而普通相机拍摄的图片，它的光谱范围只适合人眼视觉，并且经过了MPEG 压缩，图像质量也较差；15：如何选择线阵相机？1.计算分辨率：幅宽除以最小检测精度得出每行需要的像素。2.检测精度：幅宽除以像素得出实际检测精度。3.扫描行数：每秒运动速度长度除以精度得出每秒扫描行数。根据以上计算结果选择线阵相机举例如下：如幅宽为1600 毫米、精度1 毫米、运动速度22000mm/s 相机：1600/11600 像素最少2000 像素，选定为2k 相机 1600/20480.8 实际精度22000mm/0.8mm27.5KHz 应选定相机为2048 像素28kHz 相机16：线阵相机有哪些特点？1.线阵相机使用的线扫描传感器通常只有一行感光单元（少数彩色线阵使用三行感光单元的传感器）2.线阵相机每次只采集一行图像；3.线阵相机每次只输出一行图像；4.与传统的面阵相机相比，面阵扫描每次采集若干行的图像并以帧方式输出。17：为什么要在机器视觉检测中使用线阵相机？1.线阵相机有更高的分辨率；线阵相机每行像素一般为1024，2048，4096，8012；而一般的面阵相机仅为640，768，1280，大于2048的面阵很少见。2.线阵相机的采集速度更快；不同型号的线阵相机采集速度从每秒5000 行-60000 行不等，用户可以选择没几行或者每十几行即构成一帧图像进行处理一次，因此可以达到很高的帧率。3.线阵相机可以不间断的连续采集和处理；线阵相机可以对直线运动的物体（直线导轨，滚筒上的纸张，织物，印刷品，传送带上的物体等）进行连续采集。4.线阵相机有更简单合理的构造。与面阵相机相比，线阵相机不会浪费分辨率采集到无用数据。18：什么是智能工业相机？智能工业相机并不是一台简单的相机，而是一种高度集成化的微小型机器视觉系统。它将图像的采集、处理与通信功能集成于单一相机内，从而提供了具有多功能、模块化、高可靠性、易于实现的机器视觉解决方案。智能工业相机一般由图像采集单元、图像处理单元、图像处理软件、网络通信装置等构成。由于应用了最新的DSP、FPGA 及大容量存储技术，其智能化程度不断提高，可满足多种机器视觉的应用需求。19：CCD 芯片与CMOS 芯片的主要参数有哪些？在机器视觉中主要采用的两类光电传感芯片分别为CCD 芯片和CMOS 芯片，CCD 是Charge Coupled Device(电荷耦合器件)的缩写，CMOS 是Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor(互补金属氧化物半导体)的缩写。无论是CCD 还是CMOS，他们的作用都是通过光电效应将光信号转换成电信号（电压/电流），进行存储以获得图像。CCD 芯片与CMOS 芯片的主要参数有：1. 像元尺寸像元尺寸指芯片像元阵列上每个像元的实际物理尺寸，通常的尺寸包括14um,10um, 9um , 7um ,6.45um ,3.75um 等。像元尺寸从某种程度上反映了芯片的对光的响应能力，像元尺寸越大，能够接收到的光子数量越多，在同样的光照条件和曝光时间内产生的电荷数量越多。对于弱光成像而言，像元尺寸是芯片灵敏度的一种表征。2. 灵敏度灵敏度是芯片的重要参数之一，它具有两种物理意义。一种指光器件的光电转换能力，与响应率的意义相同。即芯片的灵敏度指在一定光谱范围内，单位曝光量的输出信号电压（电流），单位可以为纳安/勒克斯nA/Lux、伏/瓦（V/W）、伏/勒克斯（V/Lux）、伏/流明（V/lm）。另一种是指器件所能传感的对地辐射功率（或照度），与探测率的意义相同，。单位可用瓦（W）或勒克斯（Lux）表示。3. 坏点数由于受到制造工艺的限制，对于有几百万像素点的传感器而言，所有的像元都是好的情况几乎不太可能，坏点数是指芯片中坏点（不能有效成像的像元或相应不一致性大于参数允许范围的像元）的数量，换点数是衡量芯片质量的重要参数。4. 光谱响应光谱响应是指芯片对于不同光波长光线的响应能力，通常用光谱响应曲线给出。20：线阵相机与面阵相机的区别在哪里？线阵CCD 工业相机主要应用于工业、医疗、科研与安全领域的图象处理。在机器视觉领域中，线阵工业相机是一类特殊的视觉机器。与面阵工业相机相比，它的传感器只有一行感光元素，因此使高扫描频率和高分辨率成为可能。线阵工业相机的典型应用领域是检测连续的材料，例如金属、塑料、纸和纤维等。被检测的物体通常匀速运动 , 利用一台或多台工业相机对其逐行连续扫描 , 以达到对其整个表面均匀检测。可以对其图像逐行进行处理 , 或者对由多行组成的面阵图像进行处理。另外线阵工业相机非常适合测量场合，这要归功于传感器的高分辨率 , 它可以准确测量到微米。对于面阵CCD 来说，应用面较广，如面积、形状、尺寸、位置，甚至温度等的测量。面阵CCD 的优点是可以获取二维图像信息，测量图像直观。缺点是像元总数多，而每行的像元数一般较线阵少，帧幅率受到限制，而线阵CCD 的优点是一维像元数可以做得很多，而总像元数角较面阵CCD 工业相机少，而且像元尺寸比较灵活，帧幅数高，特别适用于一维动态目标的测量。21：线阵相机是如何定义的？线阵工业相机，机顾名思义是呈“线”状的。虽然也是二维图像，但极长，几K 的长度，而宽度却只有几个像素的而已。一般上只在两种情况下使用这种相机：1、被测视野为细长的带状，多用于滚筒上检测的问题。2、需要极大的视野或极高的精度。22：选择工业相机的一般步骤是什么？第一步，首先需要知道系统精度要求和工业相机分辨率；第二步，需要知道系统速度要求与工业相机成像速度；第三步，需要将工业相机与图像采集卡一并考虑，因为这涉及到两者的匹配；第四步，价格的比较。23：如何用机器视觉系统要求的精度来计算出需要选用相机的分辨率(像素)？知道实际检测精度来反推该选用多大像素的工业相机可以通过公式来计算得出：X 方向系统精度（X 方向像素值）=视野范围（X 方向）/CCD 芯片像素数量（ X 方向）； Y 方向系统精度（Y 方向像素值）=视野范围（Y方向）/CCD 芯片像素数量（ Y 方向）来获得。当然理论像素值的得出，要由系统精度及亚像素方法综合考虑；24：如何根据实际要求的检测速度来推导出该选用什么速度的工业相机？系统单次运行速度=系统成像（包括传输）速度+系统检测速度，虽然系统成像（包括传输）速度可以根据工业相机异步触发功能、快门速度等进行理论计算，最好的方法还是通过软件进行实际测试；25：工业相机需要与图像采集卡匹配哪些才能正常使用？工业相机需要与图像采集卡匹配好才能正常使用，一般需要匹配以下几个：、视频信号的匹配，对于黑白模拟信号相机来说有两种格式，CCIR 和RS170（EIA），通常采集卡都同时支持这两种工业相机；、分辨率的匹配，每款板卡都只支持某一分辨率范围内的相机；、特殊功能的匹配，如要是用相机的特殊功能，先确定所用板卡是否支持此功能，比如，要多部相机同时拍照，这个采集卡就必须支持多通道，如果相机是逐行扫描的，那么采集卡就必须支持逐行扫描；、接口的匹配，确定相机与板卡的接口是否相匹配。如CameraLink、Firewire1394 等。26：USB 接口的工业相机与1394 接口工业相机的区别在哪里？USB 相机与1394 相机从接口方面来说影响到我们选择的因素主要有以下几点：a）协议规范：1394 设备相关工业规范协议有50 多种，涉及到从摄像机、工业相机、等设备。各厂家的1394 工业相机大都遵循DCAM 工业规范。而USB 工业相机的接口是近期从商业PC 应用中发展起来的商业规范。b）供电方式：1394 工业相机操作电压为8 到30VDC，USB 工业相机工作电压是5VDC。从供电范围角度看，1394接口符合工业领域单独设备的直流供电要求，比如12VDC 或24VDC；而USB 接口采用电子线路TTL 标准电压供电，一般做设备内部供电使用。c）操作系统配合：1394 接口工业相机在系统重新启动后能够保持原先的地址不变，而USB 接口工业相机每次启动后都需要系统重新分配地址的。d）数据传输：1394 接口在处理多台工业相机的数据传输时，有着先天的优势。从发展背景来看，USB 接口是承接RS232 接口的新一代高速数据传输接口，而1394 接口的工业相机是作为替代SCSI 和PCI 总线的而设计的。27：智能工业相机与一般工业相机区别在哪里？智能相机与工业相机区别，简言之：智能相机是一种高度集成化的微小型机器视觉系统；而工业相机是机器视觉系统的组成部分之一。28：智能工业相机中图像采集单元的主要功能是什么？在智能相机中，图像采集单元相当于普通意义上的CCD/CMOS 相机和图像采集卡。它将光学图像转换为模拟/数字图像，并输出至图像处理单元。29：智能工业相机中图像处理单元起什么作用在智能工业相机中，图像处理单元类似于图像采集、处理卡。它可对图像采集单元的图像数据进行实时的存储，并在图像处理软件的支持下进行图像处理。30：智能工业相机中图像处理软件的主要作用是什么？图像处理软件主要在图像处理单元硬件环境的支持下，完成图像处理功能。如几何边缘的提取、Blob、灰度直方图、OCV/OVR、简单的定位和搜索等。在智能相机中，以上算法都封装成固定的模块，用户可直接应用而无需编程。31：智能工业相机中网络通信装置起什么作用？网络通信装置是智能相机的重要组成部分，主要完成控制信息、图像数据的通信任务。智能相机一般均内置以太网通信装置，并支持多种标准网络和总线协议，从而使多台智能相机构成更大的机器视觉系统。32：从那几个方面来比较工业相机的几种接口？以下是工业相机几种接口的比较：接口GigE(千兆以太网)接口Firewie(1394接口)USB 接口Camera Link接口标准类型CommercialConsumerconsumerCommercial连接方式点对点或LAN Link(Cat5TP-J45)点对点共享总线主/从共享总线点对点(MDR b26pin)带宽1000Mb/s连续模式400Mb/s连续模式12Mb/s USB1480Mb/s USB2突发模式2380Mb/(base)7140Mb(full)连续模式距离100m(no switch)4.5m5m10m可连接设备数量Unilimited631271PC InterfaceGigE NICPCI CardPCI CardPCI Frame grabber33：选择工业相机时应注意什么？1、根据应用的不同来决定是需要选用CCD 还是CMOS 相机CCD 工业相机主要应用在运动物体的图像提取，如贴片机，当然随着CMOS 技术的发展，许多贴片机也在选用CMOS 工业相机。用在视觉自动检查的方案或行业中一般用CCD 工业相机比较多。 CMOS 工业相机由成本低，功耗低也应用越来越广泛。2、分辨率的选择，首先考虑待观察或待测量物体的精度，根据精度选择分辨率。其次看工业相机的输出，若是体式观察或机器软件分析识别，分辨率高是有帮助的；若是VGA 输出或USB输出，在显示器上观察，则还依赖于显示器的分辨率，工业相机的分辨率再高，显示器分辨率不够，也是没有意义的；利用存储卡或拍照功能，工业相机的分辨率高也是有帮助的。3、与镜头的匹配，传感器芯片尺寸需要小于或等于镜头尺寸，C 或CS 安装座也要匹配（或者增加转接口）；4、相机帧数选择，当被测物体有运动要求时，要选择帧数高的工业相机。但一般来说分辨率越高，帧数越低；34：如何设置工业相机中的“自动增益控制”功能？工业相机内有一个将来自 CCD 的信号放大到可以使用水准的视频放大器，其放大即增益，等效于有较高的灵敏度，然而在亮光照的环境下放大器将过载，使视频信号畸变。当开关在 ON 时，在低亮度条件下完全打开镜头光圈，自动增加增益以获得清晰的图像。开关在 OFF 时，在低亮度下可获得自然而低噪声的图像。35：如何来选购图像采集卡？在选购及使用图像采集卡时，需要考虑的两个关键性的因素为：硬件的可靠性以及软件的支持。在其它条件都同等的情况下，一块复杂具有更多器件的卡会比器件较少的卡耗散更多的热量。好的设计会采用更多的ASIC(Applica tion-specific integrated circuits)和可编程器件以减少电子器件的数量，而达到更高的功能。还可以选择具有更少的无用功能的卡以减少不必要的麻烦。过压保护是可靠性的一个重要指标。接近高压会在视频电缆产生很强的电涌，在视频输入端和I/O 口加过压保护电路可保护采集卡不会被工业环境电磁干扰会产生的高压击穿。选择采集卡的同时还必须考虑此视觉系统要选用的软件与采集卡是否兼容，是否使用方便，其软件是否要求付费等。36：高速工业相机与一般工业相机相比有哪些优势？1. 高速实时无压缩图像记录，实时显示，设定速度回显；2. 系统采用直接将数据写入硬盘的记录方式，解决了传统内存记录方式记录时间短的问题，同时解决了传统采集；系统传输速度受PCI 总线带宽限制的问题；3. 保证100%不丢帧，解决了传统内存记录方式易丢帧、缺乏断电保护等问题；4. 系统独立工作，几乎不占用计算机资源，可靠性高；5. 一套系统中可支持多块板卡和相机，同时对多个目标进行跟踪记录；6. 支持多种外部信号的叠加融合；7. 支持多种图像格式，有多种软硬件外触发功能；8. 软件接口简单，便于二次开发和实时处理。37：红外相机有哪些类别？红外相机主要近红外相机、短波红外相机、高速红外相机、中波红外系列相机、基于DSP 长波红外系列相机有下几类；38：如何来提高工业相机的灵敏度？工业相机的灵敏度是可以通过设置工业相机的以下功能来实现的：提高工业相机灵敏度的技术名称功能技术要点Bining功能灵敏度提高，分辨率降低，帧速提高：适合光强较弱而分辨率要求较低的场合提供帧、行、列同步信号，设置合并电路或合并软件像增强使微光图像得到显著增强，适合弱光场合用像增强器提高图像亮度增透膜技术使入射光的反射率降为0，最大限度的利用入射光在感光芯片表面镀增透膜，利用光的折射原理提高光的透过率普照CCD增强成像器件的灵敏度，适合弱光场合减薄成像器件的厚度，光从感光芯片背面入射微透镜提高像素灵敏度，降低像素噪声，提高有效填充因子在感光像元上添加微透镜片内倍增增加载流子数量，提高相机的响应度通过倍增寄存器实现片内电荷能量倍增，激发更多的载流子时间延迟积分(TDI)通过多级曝光，提高相机的响应N级TDI CCD的曝光时间是单级CCD的N倍，从而CCD的响应度也相应的增加N倍39：工业相机的白平衡是什么？白平衡（White Balance)是彩色相机中采用的技术，白平衡是对红、绿、蓝三个分量的平衡，以使相机能反映实际景物真实颜色。由于光敏元件在不同的光照条件下RGB 三个分量的输出是不平衡的，从而会差生图像在色彩上的失真，偏蓝或者偏红，因此需要白平衡来还原图像的色彩。通常相机完成白平衡可以分为自动和手动白平衡两种方式，此外还可以通过软件实现白平衡。40：如何提高相机感光均匀性？提高相机感光均匀性技术名称功能技术要点平场校正克服光照的不均匀性和镜头中心和边缘响应的不一致性通过采集暗场和均与亮场图像，计算每个像素点的增益和偏移，对图像中各点分别进行校正非均匀校正消除各像素响应度的不均匀，提高图像质量，提高图像测量精度测量和存储各像素的响应度，设置校正电路或校正软件，用校正电路或校正软件校正非均匀性误差41：如何提高图像的信噪比？信噪比SNR（Signal to Noise Ratio）反应相机成像的抗干扰能力，反应在画质上就是画面是否干净无噪点。以下技术可提高图像的信噪比使采集的图像更清晰干净。42：如何提高工业相机的动态范围？相机动态范围成像的目的就是要正确地表示真实世界中从太阳光直射到最暗的阴影这样大的范围亮度，以下技术可以提高相机动态范围。提高相机动态范围的技术名称功能技术要点对数响应增大成像器件的动态范围设置对数视频放大电路深沟道技术在保持薄型CCD的量子效率高的优点基础上，同时提高红光的量子效率使用厚度为40m左右的高阻硅制作CCD双曝光提高成像器件适应目标光强变化的能力，适合光强变化剧烈场合对传感器做曝光设置，弱光时自动采用长时间曝光，强光时自动采用短时间曝光43：如何通过调整工业相机来提高图像质量？在机器视觉系统中，相机需要采集图像，有时候采集的图像质量一般，这就需要我们通过调整工业相机的一些功能参数来提高图像质量，以下技术可提高图像质量。提高图像质量的基本技术名称功能技术要点电子曝光消除曝光饱和、减小光晕、减小像模糊，提取运动目标图像感光器件中设置曝光控制门抗光晕消除像素光晕，避免满阱以上的电荷溢出到相信像素中，凸高图像清晰度缩短曝光时间，但是有时候并不有效；将每个像素互相隔离起来；在每个像素旁，建立溢出过多的光电荷沟道多模式输出线形模式、双斜率模式、对数模式或者Y校正模式设置专用的电路或软件，以实现多模式输出数字变焦实现类似光学变焦的效果，图像质量并有明显提升利用内插对图像进行放大白平衡消除颜色失真，提高图像颜色逼真度利用对标准拍板、在标准光源下成像，修正三基色通道RGB的加权系数44：工业相机的机械快门与电子快门有什么区别？机械快门：用弹簧或是电磁手段，控制几片叶片的开闭，或是两层帘幕像舞台“拉幕”一样左右或上下以一定宽度的缝隙“划过”成像像场窗口，让窗口获得指定时间长短的“见光机会”这就使通常的机械快门概念。电子快门：通过电路直接操作CCD/CMOS 控制快门曝光，被称为电子快门。利用了CCD/CMOS 不通电不工作的原理，在CCD 不通电的情况下，尽管窗口“大敞开”，但是并不能产生图像。如果在按下快门钮时，使用电子时间电路，使CCD/CMOS 只通电“一个指定的时间长短”，就也能获得像有快门“瞬间打开”一样的效果。一般而言，机械快门的好处是不用电即可工作，缺点是高速和低速档比较会不准确。电子快门比纯机械快门更精确，性能更高(最短曝光时间可以更短等等)，可靠性更高，寿命更长。45：数字工业相机与模拟工业相机的区别是什么？从概念上来讲，这两种相机只在输出信号上有区别，模拟工业相机输出的是模拟信号，数字工业相机输出的是数字信号。也就是说模拟工业相机的A/D 转换是在工业相机之外进行的，数字工业相机的A/D 转换是在工业相机内完成的。46：如何来保养工业相机？1.尽量避免将摄像头直接指向阳光，以免损害摄像头的图像感应器件；2.避免将摄像头和油、蒸汽、水汽、湿气和灰尘等物质接触，避免和水直接接触；3.不要使用刺激的清洁剂或者有机溶剂擦拭摄像头；4.不要拉扯和扭转连接线；5.非必要情况下，自己不要随意拆卸摄像头，试图碰触其内部零件，这容易对摄像头造成损伤，认为损伤经销商是不保修的；6.仓储时，应当将摄像头存放到干净、干燥的地方。47：什么是图像采集卡？图像采集卡又称为图像卡，它将相机的图像视频信号，以帧为单位传送到计算机的内存和VGA 帧存，供计算机处理，存储，显示和传输等使用。在机器视觉系统中，图像采集卡采集到的图像供处理器做出工件是否合格、运动物体的运动偏差量、缺陷所在位置等的处理。48：图像采集卡都有哪些类别？1. 根据输入信号可分为模拟图像采集卡和数字图像采集卡；2.根据采集信号颜色可分为黑白图像采集卡和彩色图像采集卡；49：分辨率和像素的关系？分辨率和像素是成正比的，像素越大，分辨率越高。像素越高，最大输出的影像分辨率也越高。50：工业相机的CCD/CMOS 芯片尺寸与图像尺寸的关系？工业相机中的CCD/CMOS 芯片尺寸与图像尺寸关系表如下：CCD/CMOS尺寸图像尺寸(mm)水平H垂直V对角D112.89.616.02/38.86.611.01/26.44.88.01/34.83.66.01/43.62.74.0