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机器视觉照相机技术

机器视觉照相机在视觉应用中发挥着至关重要的作用,尤其是自动化质量控制。结合机器视觉控制器和 2D 图像处理软件,可以分析高分辨率图像数据,并识别生产过程中的错误和异常。

什么是机器视觉照相机?

机器视觉照相机也称为工业摄像机,是 2D 图像处理系统的重要组成部分。其主要功能是拍摄图像,然后通过硬件和软件的组合对图像进行处理。为不同应用处理所获得的信息。

生产系统中图像处理应用的典型示例是质量控制、存在性检查、完整性检查。对此会分析在生产线上所生产零件的特定特征。如此便可以检查零件是否符合质量标准,或者是否需要在必要时将其剔除。

摄像头是图像处理系统的一个组成部分。它由以下组件组成:

2D 图像处理系统的主要组件

帮助您选择适当的物镜

通过视觉计算器轻松自动确定适合工业摄像机的物镜:

机器视觉照相机与 Smart Camera 的区别

机器视觉照相机

  • 通过机器视觉控制器和图像处理软件实施图像分析

  • 可以将多个摄像头连接至单个机器视觉控制器

  • 通过机器视觉控制器的出色运算能力缩短处理时间

  • 适用于极高分辨率的检测任务

  • 摄像头结构紧凑



 

Smart Camera

  • 在 Smart Camera 中进行图像拍摄和分析

  • 通过集成接口输出数据

  • 可选集成照明技术

  • 无需额外的控制器



 

机器视觉照相机的应用范围

位置检查

机器人定位

零件测量

质量控制

检查存在性

过程监控

代码读取

适用于跨行业应用的可靠解决方案

汽车行业

  • 乘用车内门的质量检验

  • 发动机缸体的质量检验

  • 用于自动拧紧的位置识别

电气行业

  • 印刷线路板的位置检查

  • 检查部件的对准情况

  • 检查连接器和电缆

包装业

  • 检查包装是否损坏、脏污或缺少标签

  • 检查包装的标签

  • 检查 PET 瓶的最短保质期

食品加工业

  • 饮料罐的对准情况 

  • 检查包装的标签

  • 联接式盖子的检测

这就是平面照相机与行扫描照相机之间的区别

下表总结了平面照相机与行扫描照相机之间的主要区别:

平面照相机

完整 2D 表面的图像拍摄(单次拍摄)
图像质量高
非常适合于固定物体
适用于一般的图像处理



行扫描照相机

逐行采集图像(需要移动,以便采集对象)
图像质量取决于移动和图像拍摄时间
非常适合移动物体和连续材料的应用 
速度高

带有全局或卷帘快门的 CMOS 传感器的功能原理

CMOS 图像传感器有两种曝光方法,用于控制图像的拍摄和读取方式。这些方法确定了曝光时间,从而确定了在摄像头传感器中转化为电子并作为值输出的光量。全局快门和卷帘快门的区别:

全局快门

整个图像区域同时曝光 
适用于静态和动态应用
对于移动对象不存在图像失真

卷帘快门

各行在时间上错开曝光
针对静态应用
物体快速移动时的图像失真(卷帘快门效应)
拍摄静止图像 

卷帘快门效应

在卷帘快门中,传感器所有像素的曝光时间都相同,但各行的曝光时间都会延迟。当物体移动速度快于曝光和读取时间时,会出现卷帘快门效应,导致图像由于曝光而失真。

左侧:全局快门,右侧:卷帘快门

单色照相机还是彩色照相机?什么时候使用什么产品?

实际图像

使用单色相机拍摄图像

单色相机能够将物体与背景区分开来。

使用彩色相机拍摄图像

彩色相机能够将物体彼此区分开来,并与背景区分开来。

在工业图像处理中,需要区分单色相机和彩色相机。单色相机可捕捉灰度,并聚焦于图像中的亮度差异。因此它们特别适用于需要精细对比度和细节的应用,例如表面检测或物体测量。

相反,彩色相机可以捕捉颜色信息,使其能够更精确地捕捉表面。它们可以分析整个色谱,并由此提供更详细、更多样化的图像再现。这使其非常适合颜色发挥重要作用的应用场景,例如产品质量控制,其中颜色差异可能表明材料存在缺陷。

安装机器视觉照相机时的注意事项

为了确保图像的可靠拍摄,在调整工业摄像机时要注意以下提示。
除了摄像头的最佳对准之外,照明系统的定位也很重要。要检测的物体的形状对于光线到达摄像机的方式至关重要,决定着能否产生尽量高的对比度。例如,必须注意角度和由此产生的反射。 

机器视觉照相机的接口

工业摄像机的以太网接口可以通过网络传输图像数据。该接口通常用于工业图像处理,以将摄像机连接到机器视觉控制器或其他设备。

千兆以太网 (GigE)

千兆以太网 (GigE) 是一种以太网技术,可实现每秒高达 1 千兆 (1 Gbit/s) 的数据传输速率。与工业摄像机相关的千兆以太网的主要特点包括:
 
  • 快速传输大量图像数据

  • 由于采用标准协议,集成简便

  • 可以在一个网络中运行多个摄像机


此外,还可借助 PoE(Power over Ethernet,即以太网供电)通过电缆连接机器视觉照相机,从而通过一个唯一的接口进行供电和数据传输。


分辨率

传感器的分辨率表示像素数:分辨率越高,则像素大小越小,可识别的细节就越精细。由于像素大小不同,相同尺寸的传感器可能具有不同分辨率。 

帧频

帧频表示摄像机每秒拍摄的完整帧数。更高的帧频可用于在快速处理应用中拍摄大量图像。

曝光时间

曝光时间决定了照射到 CMOS 传感器上的光线量,从而影响拍摄图像的亮度。较长的曝光时间会生成更明亮的图像,但也可能会因此而导致运动模糊和图像噪点增大。较短的曝光时间可实现快速应用,并减少与之相关的运动模糊。 

为每种应用提供适当的分辨率

分辨率精度例如
1.6 MP不需要极高分辨率的应用光学字符识别、装配检查、存在性检查
5 MP需要中等细节精度的应用检查包装
12 MP需要高精度的应用精细机械部件的检测
24 MP需要极高分辨率和细节精度的应用检查印刷线路板元件是否有缺陷
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