機器視覺行業(yè)博大精深，對于初學者來說問題眾多，今天筆者就整理了一些機器視覺入門的問題，以幫助大家更深入的了解機器視覺檢測技術。

1：工業(yè)相機的丟幀的問題是由什么原因引起的?

經(jīng)常會有一些機器視覺工程師認為USB接口的工業(yè)相機會造成丟幀現(xiàn)象。一般而言，工業(yè)相機丟幀與工業(yè)相機所采用的傳輸接口是沒有關系的，無論是USB，還是1394、GigE、或者是CameraLink。設計不良的驅動程序或工業(yè)相機硬件才是造成丟幀的真正原因：設計不良的工業(yè)相機之所以會發(fā)生丟幀的現(xiàn)象，其實就是資料通道的堵塞，無法及時處理,所以新的圖像進來時，前一張可能被迫丟棄，或是新的圖像被迫丟棄。要解決這問題，需要設計者針對驅動程序與工業(yè)相機硬件資料傳輸?shù)拿總€環(huán)節(jié)進行精密的設計。

2：工業(yè)相機輸入、輸出接口有哪些?

在機器視覺檢測技術中，工業(yè)相機的輸入、輸出接口有Camera Link、IEEE 1394、USB2.0、Ethernet、USB3.0幾種；

3：知道被測物的長、寬、高以及要求的測量精度，如何來選擇CCD 相機和工業(yè)鏡頭，選擇以上器件需要注意什么?

首先要選擇合適的鏡頭。選擇鏡頭應該遵循以下原則：

1).與之相配的相機的芯片尺寸是多大；

2).相機的接口類型是哪種的，C 接口，CS 接口還是其它接口；

3).鏡頭的工作距離；

4).鏡頭視場角；

5).鏡頭光譜特性；

6).鏡頭畸變率；

7).鏡頭機械結構尺寸；

選擇CCD 相機時，應該綜合考慮以下幾個方面：

1).感光芯片類型；CCD 還是CMOS

2).視頻特點；包括點頻、行頻。

3).信號輸出接口；

4).相機的工作模式：連續(xù)，觸發(fā)，控制，異步復位，長時間積分。

5).視頻參數(shù)調整及控制方法：Manual、RS232.

同時，選擇CCD 的時候應該注意，l inch = 16mm 而不是等于25.4mm.

4：CCD 相機與CMOS 相機的區(qū)別在哪里？

1、 成像過程

CCD 與CMOS 圖像傳感器光電轉換的原理相同，他們最主要的差別在于信號的讀出過程不同；由于CCD僅有一個（或少數(shù)幾個）輸出節(jié)點統(tǒng)一讀出，其信號輸出的一致性非常好；而CMOS 芯片中，每個像素都有各自的信號放大器，各自進行電荷-電壓的轉換，其信號輸出的一致性較差。但是CCD 為了讀出整幅圖像信號，要求輸出放大器的信號帶寬較寬，而在CMOS 芯片中，每個像元中的放大器的帶寬要求較低，大大降低了芯片的功耗，這就是CMOS芯片功耗比CCD 要低的主要原因。盡管降低了功耗，但是數(shù)以百萬的放大器的不一致性卻帶來了更高的固定噪聲，這又是CMOS 相對CCD 的固有劣勢。

2、 集成性

從制造工藝的角度看，CCD 中電路和器件是集成在半導體單晶材料商，工藝較復雜，世界上只有少數(shù)幾家廠商能夠生產(chǎn)CCD 晶元，如DALSA、SONY、松下等。CCD 僅能輸出模擬電信號，需要后續(xù)的地址譯碼器、模擬轉換器、圖像信號處理器處理，并且還需要提供三組不同電壓的電源同步時鐘控制電路，集成度非常低。而CMOS是集成在被稱作金屬氧化物的版單體材料上，這種工藝與生產(chǎn)數(shù)以萬計的計算機芯片和存儲設備等半導體集成電路的工藝相同，因此聲場CMOS 的成本相對CCD 低很多。同時CMOS 芯片能將圖像信號放大器、信號讀取電路、A/D 轉換電路、圖像信號處理器及控制器等集成到一塊芯片上，只需一塊芯片就可以實現(xiàn)相機的所有基本功能，集成度很高，芯片級相機概念就是從這產(chǎn)生的。隨著CMOS 成像技術的不斷發(fā)展，有越來越多的公司可以提供高品質的CMOS 成像芯片，包括：Micron、 CMOSIS、Cypress等。

3、 速度

CCD 采用逐個光敏輸出，只能按照規(guī)定的程序輸出，速度較慢。CMOS 有多個電荷-電壓轉換器和行列開關控制，讀出速度快很多，目前大部分500fps 以上的高速相機都是CMOS 相機。此外CMOS 的地址選通開關可以隨機采樣，實現(xiàn)子窗口輸出，在僅輸出子窗口圖像時可以獲得更高的速度。

4、噪聲

CCD 技術發(fā)展較早，比較成熟，采用PN 結或二氧化硅（SiO2）隔離層隔離噪聲，成像質量相對CMOS 光電傳感器有一定優(yōu)勢。由于CMOS 圖像傳感器集成度高，各元件、電路之間距離很近，干擾比較嚴重，噪聲對圖像質量影響很大。近年，隨著CMOS 電路消噪技術的不斷發(fā)展，為生產(chǎn)高密度優(yōu)質的CMOS 圖像傳感器提供了良好的條件。

5：工業(yè)相機都有哪些主要參數(shù)？

1.分辨率

2. 速度（幀頻/行頻）

3. 噪聲

4. 信噪比

5. 動態(tài)范圍

6. 像元深度

7. 光譜響應

8. 光學接口

6：工業(yè)相機的分辨率是如何定義的？

分辨率是相機最基本的參數(shù)，由相機所采用的芯片分辨率決定，是芯片靶面排列的像元數(shù)量。通常面陣相機的分辨率用水平和垂直分辨率兩個數(shù)字表示，如：1920（H）x 1080(V)，前面的數(shù)字表示每行的像元數(shù)量，即共有1920個像元，后面的數(shù)字表示像元的行數(shù)，即1080 行?，F(xiàn)在相機的分辨率通常表示多少K,如1K（1024），2K(2048)，3K(4096)等。在采集圖像時，相機的分辨率對圖像質量有很大的影響。在對同樣大的視場（景物范圍）成像時，分辨率越高，對細節(jié)的展示越明顯。

7：工業(yè)相機的幀頻和行頻是什么意思？

相機的幀頻/行頻表示相機采集圖像的頻率，通常面陣相機用幀頻表示，單位fps（Frame Per second），如30fps，表示相機再1 秒鐘內最多能采集30 幀圖像；線陣相機通常用行頻便是單位KHz,如12KHz 表示相機再1 秒鐘內最多能采集12000 行圖像數(shù)據(jù)。速度是相機的重要參數(shù)，在實際應用中很多時候需要對運動物體成像。相機的速度需要滿足一定要求，才能清晰準確的對物體成像。相機的幀頻和行頻首先受到芯片的幀頻和行頻的影響，芯片的設計最高速度則主要是由芯片所能承受的最高時鐘決定。

8： 工業(yè)相機的噪聲是什么意思？

工業(yè)相機的噪聲是指成像過程中不希望被采集到的，實際成像目標外的信號。根據(jù)歐洲相機測試標準EMVA1288 中，定義的相機中的噪聲從總體上可分為兩類：一類是由有效信號帶來的符合泊松分布的統(tǒng)計漲落噪聲，也叫散粒噪聲（shot noise）,這種噪聲對任何相機都是相同的，不可避免，尤其確定的計算公式。（就是：噪聲的平方= 信號的均值）。第二類是相機自身固有的與信號無關的噪聲，它是由圖像傳感器讀出電路、相機信號處理與放大電路等帶來的噪聲，每臺相機的固有噪聲都不一樣。另外，對數(shù)字相機來說，對視頻信號進行模擬轉換時會產(chǎn)生量化噪聲，量化位數(shù)越高，噪聲越低。

9： 工業(yè)相機的信噪比什么意思？

相機的信噪比定義為圖像中信號與噪聲的比值（有效信號平均灰度值與噪聲均方根的比值），代表了圖像的質量，圖像信噪比越高，圖像質量越好。

10： 工業(yè)相機中動態(tài)范圍是什么意思？

相機的動態(tài)范圍表明相機探測光信號的范圍，動態(tài)范圍可用兩種方法來界定，一種是光學動態(tài)范圍，指飽和時最大光強與等價于噪聲輸出的光強的比值，由芯片的特性決定。另一種是電子動態(tài)范圍，他指飽和電壓和噪聲電壓之間的比值。對于固定相機其動態(tài)范圍是一個定值，不隨外界條件變化而變化。在線性響應去，相機的動態(tài)范圍定義為飽和曝光量與噪聲等效曝光量的比值：動態(tài)范圍=光敏元的滿阱容量/等效噪聲信號動態(tài)范圍可用倍數(shù)、dB 或Bit 等方式來表示。動態(tài)范圍大，則相機對不同的光照強度有更強的適應能力。

11：工業(yè)相機里的像元深度是什么意思？

數(shù)字相機輸出的數(shù)字信號，即像元灰度值，具有特殊的比特位數(shù)，稱為像元深度。對于黑白相機這個值的方位通常是8-16bit。像元深度定義了灰度由暗道亮的灰階數(shù)。例如，對于8bit的相機0 代表全暗而255 代表全亮。介于0 和25 之間的數(shù)字代表一定的亮度指標。10bit 數(shù)據(jù)就有1024個灰階而12bit有4096個灰階。每一個應用我們都要仔細考慮是否需要非常細膩的灰度等級。從8bit上升到10bit 或者12bit 的確可以增強測量的精度，但是也同時降低了系統(tǒng)的速度，并且提高了系統(tǒng)集成的難度（線纜增加，尺寸變大），因此我們也要慎重選擇。

12： 工業(yè)相機都有哪些接口？

接口是指相機與鏡頭之間的借口，常用的鏡頭的借口有C口，CS口，F(xiàn)口。

13： 工業(yè)相機是怎么分類的？

1. 按照芯片結構分類：CCD 相機& CMOS 相機

2. 按照傳感器結構分： 面陣相機 & 線陣相機

3. 按照輸出模式分類：模擬相機 & 數(shù)字相機

4. 彩色相機&黑白相機

14： 工業(yè)相機與普通數(shù)碼相機的區(qū)別在哪里？

1.工業(yè)相機的快門時間特別短，能清晰地抓拍快速運動的物體，而普通相機抓拍快速運動的物體非常模糊；

2.工業(yè)相機的圖像傳感器是逐行掃描的，而普通相機的圖像傳感器是隔行掃描的，甚至是隔三行掃描；

3.工業(yè)相機的拍攝速度遠遠高于普通的相機；工業(yè)相機每秒可以拍攝十幅到幾百幅的圖片，而普通相機只能拍攝2-3 幅圖像；

4.工業(yè)相機輸出的是裸數(shù)據(jù)，它的光譜范圍也往往比較寬，比較適合進行高質量的圖像處理算法，普遍應用于機器視覺系統(tǒng)中。而普通相機拍攝的圖片，它的光譜范圍只適合人眼視覺，并且經(jīng)過了MPEG 壓縮，圖像質量也較差；

15： 如何選擇線陣相機？

1.計算分辨率：幅寬除以最小檢測精度得出每行需要的像素。

2.檢測精度：幅寬除以像素得出實際檢測精度。

3.掃描行數(shù)：每秒運動速度長度除以精度得出每秒掃描行數(shù)。

根據(jù)以上計算結果選擇線陣相機舉例如下：

如幅寬為1600 毫米、精度1 毫米、運動速度22000mm/s 相機：1600/1＝1600 像素 最少2000像素，選定為2k 相機 1600/2048＝0.8 實際精度22000mm/0.8mm＝27.5KHz 應選定相機為2048 像素28kHz 相機

16： 線陣相機有哪些特點？

1.線陣相機使用的線掃描傳感器通常只有一行感光單元（少數(shù)彩色線陣使用三行感光單元的傳感器）

2.線陣相機每次只采集一行圖像；

3.線陣相機每次只輸出一行圖像；

4.與傳統(tǒng)的面陣相機相比，面陣掃描每次采集若干行的圖像并以幀方式輸出。

17：為什么要在機器視覺檢測中使用線陣相機？

1.線陣相機有更高的分辨率；線陣相機每行像素一般為1024，2048，4096，8012；而一般的面陣相機僅為640，768，1280，大于2048的面陣很少見。

2.線陣相機的采集速度更快；不同型號的線陣相機采集速度從每秒5000 行-60000 行不等，用戶可以選擇沒幾行或者每十幾行即構成一幀圖像進行處理一次，因此可以達到很高的幀率。

3.線陣相機可以不間斷的連續(xù)采集和處理；線陣相機可以對直線運動的物體（直線導軌，滾筒上的紙張，織物，印刷品，傳送帶上的物體等）進行連續(xù)采集。

4.線陣相機有更簡單合理的構造。與面陣相機相比，線陣相機不會浪費分辨率采集到無用數(shù)據(jù)。

18：什么是智能工業(yè)相機？

智能工業(yè)相機并不是一臺簡單的相機，而是一種高度集成化的微小型機器視覺系統(tǒng)。它將圖像的采集、處理與通信功能集成于單一相機內，從而提供了具有多功能、模塊化、高可靠性、易于實現(xiàn)的機器視覺解決方案。智能工業(yè)相機一般由圖像采集單元、圖像處理單元、圖像處理軟件、網(wǎng)絡通信裝置等構成。由于應用了最新的DSP、FPGA 及大容量存儲技術，其智能化程度不斷提高，可滿足多種機器視覺的應用需求。

19： CCD 芯片與CMOS 芯片的主要參數(shù)有哪些？

在機器視覺中主要采用的兩類光電傳感芯片分別為CCD 芯片和CMOS 芯片，CCD 是ChargeCoupled Device(電荷耦合器件)的縮寫，CMOS 是Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor(互補金屬氧化物半導體)的縮寫。無論是CCD 還是CMOS，他們的作用都是通過光電效應將光信號轉換成電信號（電壓/電流），進行存儲以獲得圖像。CCD 芯片與CMOS 芯片的主要參數(shù)有：

1. 像元尺寸

像元尺寸指芯片像元陣列上每個像元的實際物理尺寸，通常的尺寸包括14um,10um,9um , 7um ,6.45um ,3.75um 等。像元尺寸從某種程度上反映了芯片的對光的響應能力，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間內產(chǎn)生的電荷數(shù)量越多。對于弱光成像而言，像元尺寸是芯片靈敏度的一種表征。

2. 靈敏度

靈敏度是芯片的重要參數(shù)之一，它具有兩種物理意義。一種指光器件的光電轉換能力，與響應率的意義相同。即芯片的靈敏度指在一定光譜范圍內，單位曝光量的輸出信號電壓（電流），單位可以為納安/勒克斯nA/Lux、伏/瓦（V/W）、伏/勒克斯（V/Lux）、伏/流明（V/lm）。另一種是指器件所能傳感的對地輻射功率（或照度），與探測率的意義相同，。單位可用瓦（W）或勒克斯（Lux）表示。

3. 壞點數(shù)

由于受到制造工藝的限制，對于有幾百萬像素點的傳感器而言，所有的像元都是好的情況幾乎不太可能，壞點數(shù)是指芯片中壞點（不能有效成像的像元或相應不一致性大于參數(shù)允許范圍的像元）的數(shù)量，換點數(shù)是衡量芯片質量的重要參數(shù)。

4. 光譜響應

光譜響應是指芯片對于不同光波長光線的響應能力，通常用光譜響應曲線給出。

20：線陣相機與面陣相機的區(qū)別在哪里？

線陣CCD 工業(yè)相機主要應用于工業(yè)、醫(yī)療、科研與安全領域的圖象處理。在機器視覺領域中，線陣工業(yè)相機是一類特殊的視覺機器。與面陣工業(yè)相機相比，它的傳感器只有一行感光元素，因此使高掃描頻率和高分辨率成為可能。線陣工業(yè)相機的典型應用領域是檢測連續(xù)的材料，例如金屬、塑料、紙和纖維等。被檢測的物體通常勻速運動 , 利用一臺或多臺工業(yè)相機對其逐行連續(xù)掃描 , 以達到對其整個表面均勻檢測。可以對其圖像逐行進行處理 , 或者對由多行組成的面陣圖像進行處理。另外線陣工業(yè)相機非常適合測量場合，這要歸功于傳感器的高分辨率 , 它可以準確測量到微米。

對于面陣CCD 來說，應用面較廣，如面積、形狀、尺寸、位置，甚至溫度等的測量。面陣CCD 的優(yōu)點是可以獲取二維圖像信息，測量圖像直觀。缺點是像元總數(shù)多，而每行的像元數(shù)一般較線陣少，幀幅率受到限制，而線陣CCD 的優(yōu)點是一維像元數(shù)可以做得很多，而總像元數(shù)角較面陣CCD 工業(yè)相機少，而且像元尺寸比較靈活，幀幅數(shù)高，特別適用于一維動態(tài)目標的測量。

21：線陣相機是如何定義的？

線陣工業(yè)相機，機顧名思義是呈“線”狀的。雖然也是二維圖像，但極長，幾K 的長度，而寬度卻只有幾個像素的而已。一般上只在兩種情況下使用這種相機：

1、被測視野為細長的帶狀，多用于滾筒上檢測的問題。

2、需要極大的視野或極高的精度。

22：選擇工業(yè)相機的一般步驟是什么？

第一步，首先需要知道系統(tǒng)精度要求和工業(yè)相機分辨率；

第二步，需要知道系統(tǒng)速度要求與工業(yè)相機成像速度；

第三步，需要將工業(yè)相機與圖像采集卡一并考慮，因為這涉及到兩者的匹配；

第四步，價格的比較。

23：如何用機器視覺系統(tǒng)要求的精度來計算出需要選用相機的分辨率(像素)？

知道實際檢測精度來反推該選用多大像素的工業(yè)相機可以通過公式來計算得出：X 方向系統(tǒng)精度（X 方向像素值）=視野范圍（X 方向）/CCD 芯片像素數(shù)量（ X 方向）；Y 方向系統(tǒng)精度（Y 方向像素值）=視野范圍（Y方向）/CCD 芯片像素數(shù)量（ Y 方向）來獲得。當然理論像素值的得出，要由系統(tǒng)精度及亞像素方法綜合考慮；

24：如何根據(jù)實際要求的檢測速度來推導出該選用什么速度的工業(yè)相機？

系統(tǒng)單次運行速度=系統(tǒng)成像（包括傳輸）速度+系統(tǒng)檢測速度，雖然系統(tǒng)成像（包括傳輸）速度可以根據(jù)工業(yè)相機異步觸發(fā)功能、快門速度等進行理論計算，最好的方法還是通過軟件進行實際測試；

25：工業(yè)相機需要與圖像采集卡匹配哪些才能正常使用？

工業(yè)相機需要與圖像采集卡匹配好才能正常使用，一般需要匹配以下幾個：

ａ、視頻信號的匹配，對于黑白模擬信號相機來說有兩種格式，CCIR和RS170（EIA），通常采集卡都同時支持這兩種工業(yè)相機；

ｂ、分辨率的匹配，每款板卡都只支持某一分辨率范圍內的相機；

ｃ、特殊功能的匹配，如要是用相機的特殊功能，先確定所用板卡是否支持此功能，比如，要多部相機同時拍照，這個采集卡就必須支持多通道，如果相機是逐行掃描的，那么采集卡就必須支持逐行掃描；

ｄ、接口的匹配，確定相機與板卡的接口是否相匹配。如CameraLink、Firewire1394 等。

26：USB 接口的工業(yè)相機與1394 接口工業(yè)相機的區(qū)別在哪里？

USB 相機與1394 相機從接口方面來說影響到我們選擇的因素主要有以下幾點：

a）協(xié)議規(guī)范：1394 設備相關工業(yè)規(guī)范協(xié)議有50 多種，涉及到從攝像機、工業(yè)相機、等設備。各廠家的1394 工業(yè)相機大都遵循DCAM 工業(yè)規(guī)范。而USB 工業(yè)相機的接口是近期從商業(yè)PC 應用中發(fā)展起來的商業(yè)規(guī)范。

b）供電方式：1394 工業(yè)相機操作電壓為8 到30VDC，USB 工業(yè)相機工作電壓是5VDC。從供電范圍角度看，1394接口符合工業(yè)領域單獨設備的直流供電要求，比如12VDC 或24VDC；而USB 接口采用電子線路TTL 標準電壓供電，一般做設備內部供電使用。

c）操作系統(tǒng)配合：1394 接口工業(yè)相機在系統(tǒng)重新啟動后能夠保持原先的地址不變，而USB 接口工業(yè)相機每次啟動后都需要系統(tǒng)重新分配地址的。

d）數(shù)據(jù)傳輸：1394 接口在處理多臺工業(yè)相機的數(shù)據(jù)傳輸時，有著先天的優(yōu)勢。從發(fā)展背景來看，USB 接口是承接RS232 接口的新一代高速數(shù)據(jù)傳輸接口，而1394 接口的工業(yè)相機是作為替代SCSI 和PCI 總線的而設計的。

27：智能工業(yè)相機與一般工業(yè)相機區(qū)別在哪里？

智能相機與工業(yè)相機區(qū)別，簡言之：智能相機是一種高度集成化的微小型機器視覺系統(tǒng)；而工業(yè)相機是機器視覺系統(tǒng)的組成部分之一。

28：智能工業(yè)相機中圖像采集單元的主要功能是什么？

在智能相機中，圖像采集單元相當于普通意義上的CCD/CMOS 相機和圖像采集卡。它將光學圖像轉換為模擬/數(shù)字圖像，并輸出至圖像處理單元。

29：智能工業(yè)相機中圖像處理單元起什么作用

在智能工業(yè)相機中，圖像處理單元類似于圖像采集、處理卡。它可對圖像采集單元的圖像數(shù)據(jù)進行實時的存儲，并在圖像處理軟件的支持下進行圖像處理。

30：智能工業(yè)相機中圖像處理軟件的主要作用是什么？

圖像處理軟件主要在圖像處理單元硬件環(huán)境的支持下，完成圖像處理功能。如幾何邊緣的提取、Blob、灰度直方圖、OCV/OVR、簡單的定位和搜索等。在智能相機中，以上算法都封裝成固定的模塊，用戶可直接應用而無需編程。

31：智能工業(yè)相機中網(wǎng)絡通信裝置起什么作用？

網(wǎng)絡通信裝置是智能相機的重要組成部分，主要完成控制信息、圖像數(shù)據(jù)的通信任務。智能相機一般均內置以太網(wǎng)通信裝置，并支持多種標準網(wǎng)絡和總線協(xié)議，從而使多臺智能相機構成更大的機器視覺系統(tǒng)。

32：從那幾個方面來比較工業(yè)相機的幾種接口？

以下是工業(yè)相機幾種接口的比較：

33：選擇工業(yè)相機時應注意什么？

1、根據(jù)應用的不同來決定是需要選用CCD 還是CMOS 相機CCD 工業(yè)相機主要應用在運動物體的圖像提取，如貼片機，當然隨著CMOS 技術的發(fā)展，許多貼片機也在選用CMOS 工業(yè)相機。用在視覺自動檢查的方案或行業(yè)中一般用CCD 工業(yè)相機比較多。 CMOS 工業(yè)相機由成本低，功耗低也應用越來越廣泛。

2018-05-16 4295人瀏覽