機(jī)器視覺的眼睛——工業(yè)相機(jī)
近年來，機(jī)器視覺技術(shù)發(fā)展迅猛，應(yīng)用領(lǐng)域已由起初的電子制造和半導(dǎo)體生產(chǎn)，發(fā)展到了包裝、汽車、交通和體育等多個(gè)行業(yè)，其中的工業(yè)相機(jī)作為機(jī)器視覺的核心組件，對(duì)于整個(gè)技術(shù)系統(tǒng)，起著至關(guān)重要的作用。那么，什么是工業(yè)相機(jī)？如何作用在機(jī)器視覺系統(tǒng)中？它和普通單反相機(jī)又有什么不同？一起來看。
機(jī)器視覺技術(shù)是一門涉及人工智能、神經(jīng)生物學(xué)、心理物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、圖像處理、模式識(shí)別等諸多領(lǐng)域的交叉學(xué)科，主要用計(jì)算機(jī)來模擬人的視覺功能，從客觀事物的圖像中提取信息，進(jìn)行處理并加以理解，用于實(shí)際檢測(cè)、測(cè)量和控制。該系統(tǒng)可分為“視”和“覺”兩部分，“視”是將外界信息通過成像來顯示成數(shù)字信號(hào)反饋給計(jì)算機(jī)，需要依靠一整套的硬件解決方案，包括光源、相機(jī)、圖像采集卡、視覺傳感器等；“覺”則是計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理和分析，主要是軟件算法。
工業(yè)相機(jī)是機(jī)器視覺系統(tǒng)中“視”部分的關(guān)鍵組件，其功能就是將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成有序的電信號(hào)，相當(dāng)于機(jī)器視覺系統(tǒng)的“眼睛”，直接決定整個(gè)系統(tǒng)所呈現(xiàn)圖像畫面（或數(shù)據(jù)）的質(zhì)量，是整個(gè)視覺系統(tǒng)優(yōu)劣的重要判斷因素。
工業(yè)相機(jī)主要有以下幾個(gè)部分組成：
1.圖像傳感器：是工業(yè)相機(jī)的核心部件，通常采用CCD或CMOS傳感器。
（注：CCD，電荷耦合器件圖像傳感器。它使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)經(jīng)過壓縮以后由相機(jī)內(nèi)部的閃速存儲(chǔ)器或內(nèi)置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，并借助于計(jì)算機(jī)的處理手段，根據(jù)需要和想象來修改圖像。
2.相機(jī)電路板：包括圖像傳感器控制芯片、A/D轉(zhuǎn)換、USB或GigE接口等。
3.鏡頭：負(fù)責(zé)將物體反射的光線聚焦到傳感器上。
4.濾光片：用于濾掉不需要的光線。
5.燈光源：提供適當(dāng)?shù)恼彰鳁l件，以確保拍攝到高質(zhì)量的圖像。
6.機(jī)殼：通常采用金屬材料，以保護(hù)內(nèi)部電子元件不受損壞。
7.其他輔助元件：例如風(fēng)扇、散熱器、電源等，以保證工業(yè)相機(jī)的正常運(yùn)行。
工業(yè)相機(jī)與普通相機(jī)的區(qū)別主要體現(xiàn)在以下六點(diǎn)：
1、工業(yè)相機(jī)的性能穩(wěn)定可靠易于安裝，相機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊結(jié)實(shí)不易損壞，連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，可在較差的環(huán)境下使用，一般的數(shù)碼相機(jī)無法做到。
2、工業(yè)相機(jī)的快門時(shí)間非常短，可以抓拍高速運(yùn)動(dòng)的物體。例如，把名片貼在電風(fēng)扇扇葉上，以最大速度旋轉(zhuǎn)，設(shè)置合適的快門時(shí)間，用工業(yè)相機(jī)抓拍一張圖像，仍能夠清晰辨別名片上的字體。用普通的相機(jī)來抓拍，無法達(dá)到該效果。
3、工業(yè)相機(jī)的圖像傳感器逐行掃描，普通的相機(jī)的圖像傳感器是隔行掃描的，逐行掃描的圖像傳感器生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，成品率低，出貨量少，世界上只有少數(shù)公司能夠提供這類產(chǎn)品，例如Dalsa、Sony，而且價(jià)格昂貴。
4、工業(yè)相機(jī)的幀率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通相機(jī)。工業(yè)相機(jī)每秒最多可以拍攝幾百幅圖片（目前市場(chǎng)上商用工業(yè)相機(jī)大部分拍攝效率在每秒200幅左右），而普通相機(jī)無法達(dá)到該效率。
5、工業(yè)相機(jī)輸出的是裸數(shù)據(jù)(raw data)，其光譜范圍也往往比較寬，比較適合進(jìn)行高質(zhì)量的圖像處理算法，例如機(jī)器視覺(Machine Vision)應(yīng)用。普通相機(jī)拍攝的圖片，圖像質(zhì)量相對(duì)較差。
6、工業(yè)相機(jī)(Industrial Camera)相對(duì)普通相機(jī)(DSC)來說價(jià)格較貴。
隨著國(guó)內(nèi)機(jī)器視覺行業(yè)的迅猛發(fā)展，機(jī)器視覺系統(tǒng)的重要組件，工業(yè)相機(jī)也同樣得到了巨大的發(fā)展。數(shù)字工業(yè)相機(jī)對(duì)被攝物的大小沒有限制，根據(jù)鏡頭的條件，既可以拍攝一般物質(zhì)，也可以用于顯微鏡攝影。目前，工業(yè)相機(jī)的主要用途包括以下幾個(gè)方面：
(1)在開發(fā)產(chǎn)品和驗(yàn)證產(chǎn)品等：如開發(fā)金屬材料及樹脂材料時(shí)，用來觀察材料受到?jīng)_擊時(shí)內(nèi)部裂紋產(chǎn)生的方向、狀態(tài)等，可用來分析材料被破壞時(shí)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，及電子產(chǎn)品的工業(yè)在線檢測(cè)等；
(2)包裝和標(biāo)簽行業(yè)的印刷過程中，能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)到高速印刷中細(xì)微的缺陷，以便采取措施，減少損失。常見的缺陷如劃痕、灰塵、漏印、墨痕、褶皺等都可被檢測(cè)出來，提高投資回報(bào)，減少?gòu)U品支出，提高了客戶滿意度和信任度；
(3)其他領(lǐng)域：如機(jī)器視覺、科研、軍事科學(xué)、航空航天等眾多領(lǐng)域，尤其是在智能交通行業(yè)：超速抓拍，闖紅燈電子警察、高速路口、卡扣收費(fèi)等交通行業(yè)也得到了良好的使用。
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