维视智造集团|维视图像|维视教育|欣维视觉|远心光学|机器视觉商城

所在位置:首页 > 资讯中心 > 产品动态

面阵工业相机重要原理解析及面阵工业相机应用介绍

发布时间:2018-10-23 | 阅读次数:60

机器视觉核心组件包括相机、镜头、光源、pc、智能视觉软件等,工业相机是机器视觉系统非常重要的的核心组件,按照分为面阵相机与线阵相机两种。其中,面阵相机是以面为单位来进行图像采集,可以一次性获取完整的目标图像,并能及时进行图像采集的相机。

 面阵相机按照其图像传感器的结构或排列方式分为帧转移、隔列转移、线转移以及全帧转移四种类型,每种类型都有着各自的特点。 

工业面阵相机

工业面阵相机

  1、帧转移面阵相机

  帧转移面阵相机的CCD图像传感器是由成像区、暂存区和水平移位寄存器这三部分构成的。成像区是由并行排列的若干个电荷耦合沟道组成的,暂存区的结构和单元数目都与成像区相同,暂存区与水平移位寄存器均被金属铝所遮蔽。

  帧转移面阵相机的特点就在于其结构简单、填充因子较大以及势阱容量较高,但快门速度不快等方面。

  2、隔列转移面阵相机

隔列转移面阵相机的CCD图像传感器的成像单元是呈二维排列。其中每列成像单元都会被遮光的读出寄存器及沟阻隔开,成像单元与读出寄存器之间还有转移控制栅。隔列转移面阵相机是在PAL电视制式模式下进行工作的,最终在输出端得到与光学图像对应的视频信号,完成成像过程。隔列转移面阵相机与帧转移面阵相机相比,转移速度较快,但像元密度较低。

  3、线转移面阵相机

 线转移面阵相机的CCD图像传感器与前面两种相机相比,取消了存储区,多了一个线寻址电路。其成像单元是一行行地紧密排列成面阵的,与帧转移面阵相机CCD的成像区类似,但其每一行都有确定的地址。线转移面阵相机具有有效光敏面积大、转移速度快、转移效率高的优势,但电路较为复杂也使得其应用范围受到了很大的限制。

  4、全帧转移面阵相机

相比之下,全帧转移面阵相机的CCD图像传感器的结构就相对简单多了,其没有暂存区,也没有垂直移位寄存器。它提供了最大的填充因子,每个像元既可以收集光电荷,又能实现电荷转移。全帧转移面阵相机最大的特点就在于其体积小,可以微型化,非常适合应用于医用以及工业电子内窥镜中。

  工作原理

CCD(Charge Coupled Device),即感光耦合元件,应用中通常以百万像素为基本单位。CCD主要材质为硅晶半导体,透过光电效应,由感光元件表面感应来源光线,从而转换成储存电荷的能力。

CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor),即互补性氧化金属半导体。CMOS的材质主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体,使其在CMOS上共存着带N(带正电)和P(带负电)级的半导体,这两个互补效应所产生的电流,经过处理后直接转换成对应的数字信号。

CCD与CMOS传感器是当前被普遍采用的两种图像传感器,两者都是利用感光二极管进行光电转换,将图像转换为数字数据,主要差异是数字数据传送的方式不同。

由于构造上的差异,两者在性能上的表现有所不同,CCD的特色在于充分保持信号在传输时不失真,可以保持资料的完整性。CMOS的制程较简单,没有专属通道的设计,必须先行放大再整合成像,容易产生图像噪声。

面阵相机的应用

面阵相机作为工业相机的一个类别,在机器视觉应用中也是很广泛的。可以短时曝光,利于抢拍动态景物,也可以拍静态景物。工作模式也是多样化的,如连续模式、触发模式、异步复位模式等。每一种工作模式,都有着各自的应用优势,对于机器视觉系统的应用也有着极大的促进作用。由于面阵相机的各种优点,在机器视觉行业中,面阵相机的应用越来越广泛,比如:

1、一维码、二维码的解码、自动光学检查。

2、模式识别,色彩和瑕疵检测。

3、产品质量等级分类

4、印刷品质量自动化检测

5、文字识别

6、纹理识别

面阵相机和镜头选型

比如被检测物体大小为A*B,要求能够分辨小于C的精度,工作距为D 。则选型:

1. 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. 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。