工业相机是机器视觉系统中的一个关键组件,其本质的功能就是将光信号转变成为有序的电信号。相比于市面上普通相机来说,具有更高的传输力、抗干扰力以及稳定的成像能力。它由两大基本部件组成:图像感光芯片和数字化的数据接口。
工业相机的图像感光芯片由数十万至数百万个像素组成,像素把光线的强度转换为电压输出。这些像素的电压被以灰度值的形式输出,所有像素放在一起就形成了图像,传送给计算机。工业相机数据接口主要有USB2.0\USB3.0、1394和千兆以太网这几种。相比于普通相机而言,它具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等优点,随着科技的日渐成熟,工业相机得到了飞速发展,成为机器视觉领域的不可缺少的组件。
随着国内自动化产业的迅猛发展,也为机器视觉带来了更为广阔的市场空间,而机器视觉系统的核心部件:工业相机也同样得到了的发展。中国已经成为制造业的加工中心,高要求的零部件加工及其相应的生产线,使许多具有国际水平的机器视觉系统和应用经验也进入了中国。目前,工业相机的应用不管从技术上,还是在市场上,都得到了一定的进步。涉及到的领域众多,涵盖了工业、农业、医药、军事等国民经济的各个行业。
工业相机在生产制造上的应用越来越广泛,工业相机这类产品也出现新的发展方向。由于不同应用对工业相机的性能跟功能配置有很大的差异,因此工业相机大致上可区分成可配置型系统、嵌入型系统与智慧相机型三大类。但不论是哪种工业相机系统,除了少数特殊应用外,其所使用的工业相机都越来越向个人电脑靠拢,甚至智慧相机本质上就是一台内建CPU、记忆体,可以执行各种视觉演算法的工业电脑。
典型的机器视觉系统主要由光源、镜头、工业相机、图像采集卡或图像处理器,以及控制输出单元等硬件构成。其中,工业相机是机器视觉系统核心的组件,其本质的功能就是将光信号转变成为有序的电信号,再将该信号模数转换并送到处理器后以完成图像的处理、分析和识别。选择合适的工业相机是机器视觉系统设计的重要环节,工业相机类型不仅直接决定所采集到的图像分辨率、图像质量,同时也与整个系统的运行模式直接相关。
工业相机有多种分类方法,比较常见有:按感光芯片的类型分CCD工业相机(电荷耦合器件)和CMOS工业相机(互补金属氧化物半导体);根据输出色彩分为黑白相机和彩色相机;按像元的排列方式可分为线阵相机和面阵相机,按成像维度可为二维(2D相机)和三维(3D相机)等。
往后在设备上使用CMOS传感器的工业相机会取代使用CCD传感器的工业相机吗?
随着CCD与CMOS图像传感器制造技术的不断进步,两者的差异正在逐渐缩小,例如CCD图像传感器不断降低耗电量,以期应用于移动通讯市场,例如近年来基于CCD的ToF图像传感器进入市场;CMOS图像传感器则持续提升分辨率与灵敏度,以期应用于更的影像产品市场。虽然业界普遍认为CMOS取代CCD是必然趋势,在2015年CCD图像传感器的主要制造商索尼公司(Sony)甚至发布了其终止量产CCD的时间表。不过目前来看,很多工业或应用领域基于CCD图像传感器技术仍占据重要地位,在相当长的一段时间内,两者应该是共存的关系。其实,CMOS图像传感器的的优势是能够与图像采集和信号处理等功能集成实现片上系统(SoC),随着机器视觉系统从基于PC的板级式视觉系统向能嵌入更多功能、更小型的智能相机系统发展,CMOS图像传感器必将成为后的赢家。