一、相機(jī)介紹及選型方法
1. 工業(yè)相機(jī)介紹
工業(yè)相機(jī)與我們手機(jī)上面的相機(jī)或者我們單反相機(jī)不同，工業(yè)相機(jī)它能夠使用各種惡劣的工作環(huán)境，比如說(shuō)高溫，高壓，高塵等。工業(yè)相機(jī)主要有面陣相機(jī)和線陣相機(jī)，線陣相機(jī)主要用于檢測(cè)精度要求很高，運(yùn)動(dòng)速度很快的場(chǎng)景，而面陣相機(jī)應(yīng)用更為廣泛。
線陣相機(jī)
這種相機(jī)呈現(xiàn)出線狀，一般上只在兩種情況下使用這種相機(jī)，一是被檢測(cè)視野為細(xì)長(zhǎng)的帶狀，多用在滾筒上檢測(cè)；二是需要很大的視野和很高的精準(zhǔn)度。我們看到的線陣相機(jī)的物體二維圖像是通過(guò)多次線陣掃描組合形成的。
線陣相機(jī)的優(yōu)點(diǎn)就是可以做很多一維像元數(shù)，而且總像元數(shù)也比面陣相機(jī)少，像元尺寸比較靈活，幀幅數(shù)高，特別適用于一維動(dòng)態(tài)目標(biāo)的測(cè)量。
面陣相機(jī)
面陣相機(jī)機(jī)器視覺應(yīng)用更加廣泛。面陣CCD的優(yōu)點(diǎn)是可以直接獲取二維圖像信息，測(cè)量圖像直觀?？梢远虝r(shí)曝光，利于搶拍動(dòng)態(tài)景物，也可以拍靜態(tài)景物。由于我平時(shí)使用的基本都是面陣相機(jī)，所以這里主要介紹面陣相機(jī)的選型。
2. 工業(yè)相機(jī)選型
（1）CCD/CMOS
如果拍攝目標(biāo)是靜態(tài)不動(dòng)的，為了節(jié)約成本，可考慮使用CMOS相機(jī)，而如果目標(biāo)是運(yùn)動(dòng)的，則優(yōu)先考慮CCD相機(jī)。如果是需要高速采集的，這里指的高速是很高的采集速度，而非指很高的運(yùn)動(dòng)速度，可以考慮CMOS相機(jī)，因?yàn)镃MOS的采集速度會(huì)優(yōu)于CCD。如果需要高質(zhì)量的圖像，如進(jìn)行尺寸測(cè)量，可以考慮CCD，在小尺寸的傳感器里，CCD的成像質(zhì)量還是要優(yōu)于CMOS的。CCD工業(yè)相機(jī)主要應(yīng)用在運(yùn)動(dòng)物體的圖像提取，在視覺自動(dòng)檢查的方案或行業(yè)中一般用CCD工業(yè)相機(jī)比較多。隨著CMOS技術(shù)的發(fā)展，CMOS工業(yè)相機(jī)由成本低，功耗低也應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
（2）接口：工業(yè)相機(jī)的前面就是用來(lái)接鏡頭，都是有專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)接口。它的后面，一般有兩個(gè)接口，一個(gè)是電源接口，一個(gè)是數(shù)據(jù)接口。 工業(yè)相機(jī)的接口分為：USB 2.0/3.0、CamerLink、Gige、1394a/1394b、CoaXPress等類型的接口。這里只介紹幾種常用的接口類型。
USB接口：支持熱拔熱插、使用便捷、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、可連接多個(gè)設(shè)備、相機(jī)可通過(guò)USB線纜供電。但沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議、主從結(jié)構(gòu)，CPU占用率高、帶寬沒(méi)有保證。usb3.0的接口一般都是可以自供電。但是也可以再接一個(gè)電源，假如usb接口供電不穩(wěn)定的話，那么就可以選擇外接電源來(lái)進(jìn)行供電。
Gige千兆以太網(wǎng)接口：是一種基于千兆以太網(wǎng)通信協(xié)議開發(fā)的相機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)；適用于工業(yè)成像應(yīng)用，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸無(wú)壓縮視頻信號(hào)；拓展性好，傳輸數(shù)據(jù)長(zhǎng)度最長(zhǎng)可伸展至100m（轉(zhuǎn)播設(shè)備上可無(wú)限延長(zhǎng)）；帶寬達(dá)1Gbit，因此大量的數(shù)據(jù)可即時(shí)得到傳輸； 可使用標(biāo)準(zhǔn)的NIC卡（或PC上已默認(rèn)安裝）；經(jīng)濟(jì)性好，可使用廉價(jià)電纜（可使用通用的Ethernet電纜（CAT-6）和標(biāo)準(zhǔn)的連接器；可以很容易集成，且集成費(fèi)用低；可管理維護(hù)性及廣泛應(yīng)用性。
Camerlink接口： 是一種串行通訊協(xié)議。采用LVDS接口標(biāo)準(zhǔn)，具有速度快、抗干擾能力強(qiáng)、功耗低。從Channel link技術(shù)上發(fā)展而來(lái)的，在Channel link技術(shù)基礎(chǔ)上增加了一些傳輸控制信號(hào)，并定義了一些相關(guān)傳輸標(biāo)準(zhǔn)。協(xié)議采用MDR-26針連接器。高速率，帶寬可達(dá)6400Mbps、抗干擾能力強(qiáng)、功耗低。
Gige接口簡(jiǎn)單方便的進(jìn)行多相機(jī)設(shè)置，支持100米線材輸出。Camera Link接口是專門針對(duì)高速圖像數(shù)據(jù)需求的標(biāo)準(zhǔn)接口。USB 3.0接口具有簡(jiǎn)單易用，實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn)。目前在機(jī)器視覺中，應(yīng)用最廣泛的接口是Gige（以太網(wǎng)）接口，以太網(wǎng)接口在傳輸速度、距離、成本等方面較其他接口具有很大的優(yōu)勢(shì)。
（3）分辨率
其實(shí)從這里才算是正式開始相機(jī)的選型。在介紹選型方法之前，有必要介紹一下分辨率、像素、精度、像元尺寸、傳感器尺寸之間的關(guān)系，不少人總?cè)菀自谶@里弄混。
（4）傳感器尺寸
傳感器（CCD/CMOS）尺寸的表示方法大惑不解，因?yàn)橄?/1.8英寸、2/3英寸之類的尺寸，既不是任何一條邊的尺寸，也不是其對(duì)角線尺寸，看著這樣的尺寸，往往難以形成具體尺寸大小的概念。
靶面尺寸=對(duì)角線尺寸
靶面面積=傳感器寬度x傳感器高度
傳感器尺寸大，在同樣的像素密度下，像元尺寸也會(huì)大，這樣會(huì)增加每個(gè)像元的感光面積，對(duì)提高圖像的質(zhì)量有益。傳感器的尺寸，還能決定視野大小與工作距離。在同樣的工作距離、同樣的鏡頭下，傳感器尺寸大，可以拍攝更大的視野。
有了相機(jī)分辨率和傳感器尺寸，就能夠計(jì)算像元尺寸。
像元尺寸=傳感器尺寸/分辨率（像元個(gè)數(shù)），這樣就會(huì)分別得到寬度及高度上的像元尺寸。
像元尺寸指芯片像元陣列上每個(gè)像元的實(shí)際物理尺寸，例如3.75umx3.75um 等。像元尺寸從某種程度上反映了芯片的對(duì)光的響應(yīng)能力，像元尺寸越大，能夠接收到的光子數(shù)量越多，在同樣的光照條件和曝光時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的電荷數(shù)量越多。對(duì)于弱光成像而言，像元尺寸是芯片靈敏度的一種表征。是不是有些迷惑了，聽起來(lái)感覺和前面所說(shuō)的相機(jī)分辨率很像，前面的相機(jī)分辨率值越小，分辨率高，這里是像元尺寸越大， 靈敏度越高。是兩個(gè)不同的概念。
（6）精度
精度指一個(gè)像素表示實(shí)際物體的大小，用（um*um）/pixel表示。注意，像元尺寸并不等于精度，像元尺寸是相機(jī)機(jī)械構(gòu)造時(shí)固定的，而精度與相機(jī)視野有關(guān)，是變化的。精度值越小，精度越高。
（7）圖片分辨率
圖像分辨率比較好理解，就是單位距離內(nèi)的像用多少個(gè)像素來(lái)顯示，與精度意義相同，只是表示方法不同。
二、選型基本原則
當(dāng)視野大小即檢測(cè)目標(biāo)大小一定時(shí)（選相機(jī)時(shí)一般將目標(biāo)大小視為視野大?。鄼C(jī)分辨率越大，精度越高，圖像分辨率也越大；當(dāng)視野大小不確定時(shí)，不同分辨率相機(jī)也能達(dá)到同樣的精度，這時(shí)選擇大像素相機(jī)可以擴(kuò)大視野范圍，減少拍攝次數(shù)，提高測(cè)試速度。若1個(gè)是1百萬(wàn)像素，另1個(gè)是3百萬(wàn)像素，當(dāng)清晰度相同（精度均為20um/pixel）,第1個(gè)相機(jī)的FOV是20mm×20mm＝400平方mm，第二個(gè)相機(jī)的FOV是1200平方mm，拍攝生產(chǎn)線上同樣數(shù)量的目標(biāo)，假設(shè)第1個(gè)相機(jī)要拍攝30個(gè)圖像，第2個(gè)相機(jī)則只需拍攝10個(gè)圖像就可以了。
