¿Cuántas de estas 31 preguntas conoces sobre cámaras industriales?

Algunos ingenieros de visión artificial a menudo piensan que las cámaras industriales con interfaces USB causarán pérdida de fotogramas.La pérdida de marco de la cámara industrial no tiene nada que ver con la interfaz de transmisión utilizada por la cámara industrial.Los controladores mal diseñados o el hardware de las cámaras industriales son la verdadera causa de la pérdida de fotogramas:La razón por la cual las cámaras industriales mal diseñadas experimentan pérdida de fotogramas es en realidad porque el canal de datos está bloqueado y no puede procesarse de manera oportunaPor lo tanto, cuando una nueva imagen entra, la anterior puede ser forzada a ser descartada, o la nueva imagen puede ser forzada a ser descartada.los diseñadores deben llevar a cabo un diseño preciso para cada enlace de transmisión de datos entre el controlador y el hardware de la cámara industrial.

En la tecnología de inspección de visión artificial, las interfaces de entrada y salida de las cámaras industriales incluyen Camera Link, IEEE 1394, USB2.0, Ethernet y USB3.0;

El primer paso es elegir la lente adecuada. La selección de lentes debe seguir los siguientes principios:

1. ¿Cuál es el tamaño del chip de la cámara?
2. ¿Qué tipo de interfaz tiene la cámara? interfaz C, interfaz CS u otras interfaces;
3. la distancia de trabajo de la lente;
4. el campo de visión de la lente;
5. Características espectrales de las lentes;
6. velocidad de distorsión de la lente;
7. dimensiones de la estructura mecánica de la lente;

Al elegir una cámara CCD, debe tener en cuenta los siguientes aspectos:

1. Tipo de chip fotosensible; CCD o CMOS
2. Características del vídeo, incluida la frecuencia de clic y la frecuencia de línea.
3. Interfaz de salida de señal;
4. Modo de trabajo de la cámara: continuo, disparador, control, reinicio asíncrono, integración a largo plazo.
5. Métodos de ajuste y control de los parámetros de vídeo: Manual, RS232.

Al mismo tiempo, al elegir un CCD, usted debe prestar atención a l pulgada = 16 mm en lugar de 25.4 mm.

1Proceso de imágenes

El principio de conversión fotoeléctrica de los sensores de imagen CCD y CMOS es el mismo.Dado que CCD tiene sólo uno (o unos pocos) nodos de salida para la lectura unificadaEn el chip CMOS, cada píxel tiene su propio amplificador de señal, que realiza la conversión de carga a voltaje,y la consistencia de su señal de salida es pobreSin embargo, para leer toda la señal de imagen, el CCD requiere un ancho de banda de señal más amplio del amplificador de salida.el requisito de ancho de banda del amplificador en cada píxel es menor, lo que reduce en gran medida el consumo de energía del chip. Esta es la razón principal por la que el consumo de energía de los chips CMOS es menor que el de CCD.la inconsistencia de millones de amplificadores resulta en un mayor ruido fijo, que es una desventaja inherente del CMOS en relación con el CCD.

2. Integración

Desde la perspectiva del proceso de fabricación, los circuitos y dispositivos en CCD están integrados en el fabricante de material de cristal único de semiconductores, y el proceso es relativamente complejo.Sólo hay unos pocos fabricantes en el mundo que pueden producir obleas CCD, como DALSA, SONY, Panasonic, etc. El CCD solo puede emitir señales eléctricas analógicas, lo que requiere un decodificador de direcciones posterior, un convertidor analógico y un procesador de señal de imagen.También necesita proporcionar tres conjuntos de circuitos de control de suministro de energía de sincronización de reloj con diferentes voltajesCMOS está integrado en un solo material llamado óxido metálico.Este proceso es el mismo que el utilizado para producir decenas de miles de circuitos integrados de semiconductores como chips de computadoras y dispositivos de almacenamientoPor lo tanto, el costo del campo sonoro CMOS es mucho menor que el de CCD. Al mismo tiempo, el chip CMOS puede integrar el amplificador de señal de imagen, circuito de lectura de señal, circuito de conversión A / D,un procesador de señal de imagen y un controlador en un solo chip. Sólo un chip puede realizar todas las funciones básicas de la cámara. El nivel de integración es muy alto.Con el desarrollo continuo de la tecnología de imágenes CMOS, cada vez más empresas pueden proporcionar chips de imagen CMOS de alta calidad, incluidos: Micron, CMOSIS, Cypress, etc.

3Velocidad.

El CCD utiliza una salida fotosensible una por una, y sólo puede emitir de acuerdo con el programa prescrito, y la velocidad es lenta.y la velocidad de lectura es mucho más rápidaActualmente, la mayoría de las cámaras de alta velocidad por encima de 500 fps son cámaras CMOS.y mayor velocidad se puede lograr cuando sólo se sacan imágenes de la subventana.

4No hay ruido.

La tecnología CCD se desarrolló antes y es relativamente madura.La calidad de la imagen tiene ciertas ventajas sobre los sensores fotoeléctricos CMOSDebido al alto nivel de integración de los sensores de imagen CMOS, la distancia entre los componentes y los circuitos es muy cercana, la interferencia es grave,y el ruido tiene un gran impacto en la calidad de imagen.

En los últimos años, con el continuo desarrollo de la tecnología de reducción del ruido del circuito CMOS, se han creado buenas condiciones para la producción de sensores de imagen CMOS de alta densidad y calidad.

• Resolución
• Velocidad (tasa de cuadros/tasa de líneas)
• Ruido
• Relación señal-ruido
• Rango dinámico
• Profundidad de los píxeles
• Respuesta espectral
• Interfaz óptica

La resolución es el parámetro más básico de la cámara. Está determinada por la resolución del chip utilizado en la cámara. Es el número de píxeles dispuestos en la superficie objetivo del chip.Por lo general, la resolución de una cámara de exploración de área se expresa en dos números: resolución horizontal y vertical, por ejemplo: 1920 (H) x 1080 (V). El primer número indica el número de píxeles en cada fila, es decir, hay 1920 píxeles en total,y el siguiente número indica el número de filas de píxeles, es decir, 1080 filas. Hoy en día, la resolución de una cámara suele indicar cuántos K, como 1K (1024), 2K (2048), 3K (4096), etc.la resolución de la cámara tiene un gran impacto en la calidad de la imagenCuando se toma una imagen del mismo campo de visión grande (rango de paisaje), cuanto mayor sea la resolución, más obvios serán los detalles que se mostrarán.

La velocidad de fotogramas/frecuencia de línea de una cámara indica la frecuencia a la que la cámara recoge imágenes.Por ejemplo:, 30 fps significa que la cámara puede recoger hasta 30 cuadros de imágenes en 1 segundo.12KHz significa que la cámara puede recoger hasta 12La velocidad es un parámetro importante de la cámara. En aplicaciones prácticas, a menudo es necesario para obtener imágenes de objetos en movimiento.La velocidad de la cámara debe cumplir ciertos requisitos para obtener imágenes claras y precisas de los objetosLa velocidad de fotogramas y la velocidad de línea de la cámara se ven afectadas primero por la velocidad de fotogramas y la velocidad de línea del chip.La velocidad máxima de diseño del chip está determinada principalmente por el reloj más alto que el chip puede soportar.

El ruido de las cámaras industriales se refiere a las señales que no se espera que se recopilen durante el proceso de obtención de imágenes y que están fuera del objetivo real de la obtención de imágenes.De acuerdo con la norma europea de pruebas con cámaras EMVA1288, el ruido en la cámara se puede dividir generalmente en dos categorías: una es el ruido de fluctuación estadística causada por la señal efectiva que se ajusta a la distribución de Poisson,También llamado ruido de disparosEste tipo de ruido es el mismo para cualquier cámara, inevitable, y tiene una cierta fórmula de cálculo (es decir: el cuadrado del ruido = la media de la señal).El segundo tipo es el ruido inherente a la señal independiente de la propia cámaraEs el ruido causado por el circuito de lectura del sensor de imagen, el circuito de procesamiento de señal y amplificación de la cámara, etc. El ruido inherente de cada cámara es diferente.,La conversión analógica de señales de vídeo generará ruido de cuantización.

La relación señal-ruido de una cámara se define como la relación señal-ruido en la imagen (la relación entre el valor medio de gris de la señal efectiva y la raíz cuadrada media del ruido),que representa la calidad de la imagenCuanto mayor sea la relación señal-ruido de la imagen, mejor será la calidad de la imagen.

El rango dinámico de la cámara indica el rango en el que la cámara detecta señales de luz. El rango dinámico se puede definir de dos maneras.que se refiere a la relación entre la intensidad luminosa máxima a saturación y la intensidad luminosa equivalente al ruido de salidaEl otro es el rango dinámico electrónico, que se refiere a la relación entre el voltaje de saturación y el voltaje de ruido.su rango dinámico es un valor fijo y no cambia con cambios en las condiciones externasEn términos de respuesta lineal, el rango dinámico de la cámara se define como la relación entre la exposición de saturación y la exposición equivalente de ruido:el rango dinámico = capacidad total del pozo del elemento fotosensible/señal de ruido equivalenteEl rango dinámico puede expresarse en múltiplos, dB o Bit. Con un rango dinámico grande, la cámara tiene una mayor capacidad de adaptación a diferentes intensidades de luz.

La salida de señal digital de una cámara digital, es decir, el valor gris de los píxeles, tiene un número especial de bits, llamado profundidad de píxeles.La profundidad de los píxeles define el número de niveles de grises de oscuro a brillantePor ejemplo, para una cámara de 8 bits, 0 representa la oscuridad total y 255 representa el brillo total.Los datos de 10 bits tienen 1024 niveles de gris y los datos de 12 bits tienen 4096 niveles de grisPara cada aplicación, consideramos cuidadosamente si se requieren niveles muy finos de escala de grises.pero también reduce la velocidad del sistema y aumenta la dificultad de la integración del sistema (aumento de cables y tamaños más grandes), así que debemos elegir con cuidado.

La interfaz se refiere a la interfaz entre la cámara y el objetivo.

• Clasificación según la estructura del chip: cámara CCD y cámara CMOS
• Según la estructura del sensor: cámara de exploración de área y cámara de exploración de línea
• Clasificación según el modo de salida: cámara analógica y cámara digital
• Cámara de color y cámara en blanco y negro

• El tiempo de obturación de las cámaras industriales es particularmente corto y puede capturar claramente objetos en rápido movimiento, mientras que las cámaras ordinarias son muy borrosas al capturar objetos en rápido movimiento;
• El sensor de imagen de una cámara industrial es de escaneo progresivo, mientras que el sensor de imagen de una cámara ordinaria está entrelazado, o incluso escaneado cada tres líneas;
• La velocidad de disparo de las cámaras industriales es mucho mayor que la de las cámaras ordinarias; las cámaras industriales pueden tomar de diez a cientos de imágenes por segundo,Mientras que las cámaras ordinarias sólo pueden tomar 2-3 imágenes;
• Las cámaras industriales producen datos desnudos, y su rango espectral es a menudo relativamente amplio,que es más adecuado para algoritmos de procesamiento de imágenes de alta calidad y se utiliza comúnmente en sistemas de visión artificialEn cuanto a las imágenes tomadas por cámaras ordinarias, su rango espectral sólo es adecuado para la visión humana, y han sido comprimidas por MPEG, por lo que la calidad de la imagen también es pobre;

1. Calcule la resolución: Divida el ancho por la precisión mínima de detección para obtener los píxeles necesarios para cada línea.
2. Precisión de detección: La precisión de detección real se obtiene dividiendo el ancho por los píxeles.
3. Número de líneas de escaneo: Divida la longitud de la velocidad de movimiento por segundo por la precisión para obtener el número de líneas de escaneo por segundo.

Los siguientes son ejemplos de selección de una cámara de línea basada en los resultados del cálculo anterior:

Por ejemplo, si el ancho es de 1600 mm, la precisión es de 1 mm y la velocidad de movimiento es de 22000 mm/s, la cámara: 1600/1=1600 píxeles es al menos 2000 píxeles, y la cámara se selecciona como 2k. 1600/2048=0.8. La precisión real es de 22000mm/0.8mm=27.5KHz. La cámara debe seleccionarse como una cámara de 2048 píxeles 28kHz.

• Los sensores de escaneo de líneas utilizados por las cámaras de matriz de líneas generalmente solo tienen una fila de unidades fotosensibles (algunos sensores de matriz de líneas de color usan tres filas de unidades fotosensibles)
• La cámara de escaneo de línea solo recoge una línea de imágenes a la vez.
• La cámara de escaneo de línea sólo emite una línea de imágenes a la vez.
• En comparación con las cámaras de área tradicional, el escaneo de área recoge varias líneas de imágenes cada vez y las emite en fotogramas.

• Las cámaras de escaneo de línea tienen una resolución más alta; cada fila de píxeles de una cámara de escaneo de línea es generalmente 1024, 2048, 4096, 8012; mientras que una cámara de escaneo de área general es solo 640, 768, 1280,y las matrices de área más grandes que 2048 son raras.
• La velocidad de adquisición de las cámaras de matriz de líneas es más rápida; la velocidad de adquisición de diferentes modelos de cámaras de matriz de líneas oscila entre 5.000 líneas por segundo y 60.000 líneas por segundo.Los usuarios pueden elegir unas pocas líneas o cada docena de líneas para formar un marco de imagen para el procesamiento, por lo que se puede lograr una velocidad de fotogramas muy alta.
• Las cámaras de línea pueden recoger y procesar continuamente sin interrupción; las cámaras de línea pueden recoger continuamente objetos en movimiento lineal (guías lineales, papel en rodillos, tejidos,Materia impresa, objetos en cintas transportadoras, etc.).
• Las cámaras de escaneo de línea tienen una estructura más simple y razonable.

Una cámara industrial inteligente no es una cámara simple, sino un sistema de micro visión de máquina altamente integrado, que integra las funciones de adquisición, procesamiento y comunicación de imágenes en una sola cámara.proporcionando así un sistema multifuncionalLas cámaras industriales inteligentes se componen generalmente de unidades de adquisición de imágenes, unidades de procesamiento de imágenes,software de procesamiento de imágenes, dispositivos de comunicación de red, etc. Debido a la aplicación de las últimas tecnologías de DSP, FPGA y almacenamiento de gran capacidad,su nivel de inteligencia continúa aumentando y puede satisfacer una variedad de necesidades de aplicaciones de visión automática.

Los dos tipos principales de chips de detección fotoeléctrica utilizados en la visión artificial son los chips CCD y los chips CMOS.CCD es la abreviatura de ChargeCoupled Device y CMOS es Complementary Metal-Oxide-Semiconductor T