CA-HX500C工业相机维修
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发布时间：2020-06-02
工业相机接口标准详解
工业相机还被称作工业摄像头、工业摄像机、工业照相机等等。从其芯类型中被分为工业CCD相机和工业CMOS相机，从其信号种类里又分为工业模拟相机、工业数字相机。工业相机已经被广泛应用于工业生产线在线检测、智能交通,机器视觉,科研,军事科学,航天航空等众多领域。
目前，市面上也出现了越来越多的工业相机品牌，相机厂商都给出了大量的相机参数，比如：相机接口、芯片类型、量子效应、帧率等。一般非行业内人士，在面对这些参数时往往会无所适从。根据长期的相机使用经验，朗锐智科为大家总结出目前使用比较广泛的工业相机接口知识！
工业相机数据传输接口方式有很多种，包括CoaxPress、CameraLink接口、USB接口、Gige接口等。
工业相机接口标准详解
（1）Camera Link接口。
1、需要单独的CameraLink接口，不便携，导致成本过高。
2、Camera Link接口的相机，实际应用中比较少。
3、传输速度是目前的工业相机中快的一种总线类型。一般用于高分辨率高速面阵相机，或者是线阵相机上。
4、传输距离近。
（2）USB2.0接口
1、USB2.0接口的工业相机，是早应用的数字接口之一，开发周期短，成本低廉，是目前为普通的类型。
2、所有电脑都配置有USB2.0接口，方便连接，不需要采集卡；缺点是其传输速率较慢，理论速度只有480Mb（60MB）。
3、传输速率低，糟糕的协议（Bulk-OnlyTransport(BOT)协议）与编码方式，数据只有30MB/S左右。
4、在传输过程中CPU参与管理，占用及消耗资源较大。
5、USB2.0接口不稳定，相机通常没有坚固螺丝，因此在经常运动的设备上，可能会有松动的危险。
6、传输距离近，信号容易衰减。
（3）USB3.0接口
1、USB 3.0的设计在USB 2.0的基础上新增了两组数据总线，为了保证向下兼容，USB 3.0保留了USB 2.0的一组传输总线。
2、在传输协议方面，USB3.0除了支持传统的BOT协议，新增了USB Attached SCSI Protocol（USAP），可以完全发挥出5Gbps的高速带宽优势。
3、由于总线标准是近几年才发布，所以协议的稳定性同样让人担心。
4、传输距离问题，依然没有得到解决。
（4）GIGE千兆网接口
1、千兆网协议稳定。
2、千兆网接口的工业相机，是近几年市场应用的重点。使用方便，连接到千兆网卡上，即能正常工作。
3、需要注意一些特殊的细节，如早期的NI的软件，可能对千兆网卡的芯片有要求，需要使用INTEL的芯片才可以正常驱动GIGE相机，而使用如Realtek的芯片网卡，就无法响应。
4、在千兆网卡的属性中，也有与1394中的Packet Size类似的巨帧。设置好此参数，可以达到更理想的效果。
5、传输距离远，可传输100米。
6、可多台同时使用，CPU占用率小。
了解工业相机的控制点
工业相机又俗称摄像机，相比于传统的民用相机而言，它具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等，市面上工业相机大多是基于CCD或CMOS芯片的相机。从一下几个控制点去选择相机，一切尽在你的控制之中。
了解工业相机的控制点
相机品牌
虽然大多数的厂商都推出了全系列产品，但是每个品牌都有擅长的地方，选择该品牌的明星产品往往性价比高，可靠性好。
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分辨率
分辨率指的是图像传感器中所包含的像素点数，通常用长*宽表示。我们常说多少万像素相机就是由分辨率计算得来的。比如分辨率 1280pixel*1024pixel，1280*1024=1310720，就是130万像素的相机。分辨率在一定意义上决定了机器视觉系统能够达到的精度。
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快门
快门是相机中用来控制光线照射感光元件照射时间的装置。在工业相机中一般有两种快门方式：全局快门和卷帘快门。要点是如果需要动态取像一定要选全局快门，卷帘快门只能用于静态取像。
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帧速率
帧速率是指每秒钟采集图像的帧数，比如 30 fps ,可以算出理论上采集一张图片需要的时间是1000 ms/30 fps=33.3 ms，这个时间是要算在整体检测节拍中的。
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图像传感器
图像传感器是相机中的感光元件，可以将光学图像转换成电子信号，主要分为 CCD 和 CMOS。
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连接镜头的接口
相机的接口用于连接相机和镜头，主要有C口、CS口、F口。选择匹配的工业镜头接口即可，一定要在选型的时候就考虑到这个问题，如果接口不一样要加转接环。
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传输接口
传输接口指的是相机传输图片的方式，目前常用的有GigE，USB3.0，CameraLink等，接口不同也会影响到采集速度。
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相机颜色
相机分为彩色相机和黑白相机，通常情况下只有在需要识别颜色的情况下选择彩色相机，其他时候一律选黑白相机。因为很多视觉工具都是在黑白图像上处理的，如果选了彩色相机还需要转换成黑白图像再运算，这个过程往往会降低画质，索性一开始就选择黑白相机更好。
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相机维度
按照维度相机可以分为2D相机和3D相机，3D相机可以得到高度信息，其他情况用2D相机就可以解决了。
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相机的系统
相机的系统有两种：智能相机系统和 PC-Based 系统。智能相机系统集采集图像，处理图像于一体，结构紧凑，使用方便，价格略高。PC-Based 系统是用工业相机采集图像，PC处理图像，可以同时将多台相机集成在一个视觉系统里，可以二次开发定制软件。
从性价比上来说，如果是单台相机200万像素以下的需求建议选择智能相机，如果是多台相机或单台200万以上像素相机建议选择 PC-Based 系统。
了解工业相机的控制点
选择相机的时候，经常的问到选择CCD好还是CMOS好？这个要从它们的历史说起，初 CCD的成像质量的确明显优于CMOS ，但是过几年的发展，CMOS已经达到了CCD同样的成像质量而且制造成本更低，所以未来一定属于CMOS。
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关于图像传感器，我们主要需要了解的是芯片的尺寸，选择镜头的时候会用到。芯片的结构，这决定了相机是线阵相机还是面阵相机。芯片的型号也至关重要，好的芯片相机成像质量好。
了解工业相机的控制点
需要注意的是选对配件：
1、选择和接口相同的图像采集卡， GigE就配千兆网卡， CameraLink就配 CameraLink卡。
2、连接的线缆，接口要匹配，长度要确定，如果走线需要走坦克链一定要配高柔耐折弯的线缆，并且要带螺丝锁在接口上以免运动久了掉落或接触不良。
中国工业相机行业发展现状与趋势分析
伴随着电子信息技术的高速发展以及各类摄像头的广泛应用，全球图像视频数据爆炸式增长，人类社会正在进入视觉信息的大数据时代。工业相机可说是工业自动化系统的灵魂之窗，从物件/条码辨识、产品检测、外观尺寸量测到机械手臂/传动设备定位，都是工业相机技术可以发挥的舞台。
随着应用范畴越来越广，为了增加应用弹性或与工业电脑携手组成更复杂的自动化系统，工业相机的规格发展趋势正逐渐朝个人电脑靠拢，部分产品甚至已演化成一台麻雀虽小，五脏俱全的迷你工业电脑。跟人眼相比，工业相机有检测速度快、把关标准不受到人的主观影响等优势，而且工业相机的解析度远高于人眼，在检测细微零件或电路时，比人眼更能明察秋毫。
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。
5. 从平面（2D）走向立体（3D）
无论线阵相机还是面阵相机都只能实现2D成像，缺乏深度的信息，随着检测精度和应用场景复杂度的增加，2D相机越来越难堪重任，可以测量距离和进行三维建模的3D相机应运而生。随着3D视觉技术不断突破，3D相机在精度、速度和灵活度方面远超2D相机，在许多传统视觉“痛点性应用场景”中大显身手。
一文了解“工业相机”
图8 2D检测和3D检测的差异比较：2D检测根据灰度信息进行外观尺寸的检测和识别，而3D检测则利用包含高度信息在内的（XYZ坐标）条件进行检测辨别
根据测量原理不同，主流的3D相机一般有三种方案：飞行时间法、结构光法、双目立体视觉法，简单介绍如下：
（1）飞行时间是从Time of Flight直译过来的，简称ToF。其测距原理是通过连续发射经过调制的特定频率的光脉冲（一般为不可见光）到被观测物体上，然后接收从物体反射回去的光脉冲，通过探测光脉冲的飞行（往返）时间来计算被测物体离相机的距离，见图9。
一文了解“工业相机”
图9 飞行时间测距原理
（2）结构光法就是使用提前设计好的具有特殊结构的图案（比如离散光斑、条纹光、编码结构光等），将图案投影到三维空间物体表面上，使用另外一个相机观察在三维物理表面成像的畸变情况。如果结构光图案投影在该物体表面是一个平面，那么观察到的成像中结构光的图案就和投影的图案类似，没有变形，只是根据距离远近产生一定的尺度变化。但是，如果物体表面不是平面，那么观察到的结构光图案就会因为物体表面不同的几何形状而产生不同的扭曲变形，而且根据距离的不同而不同，根据已知的结构光图案及观察到的变形，就能根据算法计算被测物的三维形状及深度信息，见图10。
一文了解“工业相机”
图10 结构光测距原理
（3）双目立体视觉法仿人眼成像原理，通过计算空间中同一个物体在两个相机成像的视差得到物体离相机的距离，其算法也是根据三角关系计算，见图11。
一文了解“工业相机”
图11 双目视觉测距原理
这三种3D视觉方案在检测距离上、精度、检测速度各有优缺点，适用于不同的应用场景，目前处于三国鼎立之势，如表2。结构光方案优势在于技术成熟，深度图像分辨率可以做得比较高，但容易受光照影响，室外环境不适宜使用；ToF方案抗干扰性能好，视角更宽，不足是深度图像分辨率较低，主要用于简单避障和视觉导航，不适合高精度场合。双目方案，成本相对前两种方案，但是深度信息依赖纯软件算法得出，此算法复杂度高，难度很大，处理芯片需要很高的计算性能，同时它也继承了普通RGB摄像头的缺点：在昏暗环境下以及特征不明显的情况下并不适用。当然这三种方案在发展过程中也有一些互相融合趋势，如主动双目+结构光，取长补短，使3D相机能适应更多的场景。也有一些场合可同时使用，如智能手机前置基本确认会采用结构光来做人脸识别，但是后置用来做增强现实（AR）应用，结构光和ToF方案都有应用机会。
表2 3D视觉方案优缺点比较
一文了解“工业相机”
纵观机器视觉的发展，主要经历了从黑白到彩色、从低分辨率到高分辨率、从静态到动态、从2D走向3D演变过程，工业相机作为核心硬件，其技术的迭代变化也是遵循相应的发展。随着工业自动化以及机器视觉应用领域多元化发展，工业相机市场也随着机器市场的火热而水涨船高。虽然目前高分辨率、高速等高端工业相机技术还主要掌握在国外大厂手中，包括基恩士、康耐视、Basler、AVT、Teledyne DALSA等，不过随着国内相机厂商技术的不断积累和突破，国产工业相机品牌也开始从低端市场开始逐步取代进口，如大恒图像、华睿科技等。我们相信随着全球制造中心从欧美向亚洲转移，中国从制造大国向制造强国的升级和转型过程，在市场和政策利好的背景下，这对中国的工业相机厂商而言，正是突破和迎头赶超的好时机。
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