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工业相机的应用及基础知识

　　随着科技的飞速发展，工业数字相机在机器视觉、工业检测、图像处理、模式识别、人脸识别等等方面有着非常广泛的应用，现整理工业数字相机的相关基础知识做一分类整理与大家共享。
1、 工业相机的主要参数。
　　①分辨率    ② 速度（帧频/行频） ③噪声  ④信噪比  ⑤动态范围  ⑥像元深度        
　　⑦光谱响应  ⑧光学接口 
2、工业相机分辨率的定义。
　　分辨率是相机最基本的参数，由相机所采用的芯片分辨率决定，是芯片靶面排列的像元数量。通常面阵相机的分辨率用水平和垂直分辨率两个数字表示，如：1920（H）x 1080(V)，前面的数字表示每行的像元数量，即共有1920个像元，后面的数字表示像元的行数，即1080行。现在相机的分辨率通常表示多少K,如1K（1024），2K(2048), 3K(4096)等。在采集图像时，相机的分辨率对图像质量有很大的影响。在对同样大的视场（景物范围）成像时，分辨率越高，对细节的展示越明显。 
3、工业相机的帧频和行频的概念 
　　相机的帧频/行频表示相机采集图像的频率，通常面阵相机用帧频表示，单位fps（Frame Per second），如30fps,表示相机再1秒钟内最多能采集30帧图像；例如：MV-VD078SC这个型号的相机，线阵相机通常用行频便是单位KHz,如12KHz表示相机再1秒钟内最多能采集12000行图像数据。速度是相机的重要参数，在实际应用中很多时候需要对运动物体成像。相机的速度需要满足一定要求，才能清晰准确的对物体成像。相机的帧频和行频首先受到芯片的帧频和行频的影响，芯片的设计最高速度则主要是由芯片所能承受的最高时钟决定。      
4、工业相机噪声的概念
　　工业相机的噪声是指成像过程中不希望被采集到的，实际成像目标外的信号。根据欧洲相机测试标准EMVA1288中，定义的相机中的噪声从总体上可分为两类：一类是由有效信号带来的符合泊松分布的统计涨落噪声，也叫散粒噪声（shot noise）,这种噪声对任何相机都是相同的，不可避免，尤其确定的计算公式。（就是：噪声的平方=信号的均值）。第二类是相机自身固有的与信号无关的噪声，它是由图像传感器读出电路、相机信号处理与放大电路等带来的噪声，每台相机的固有噪声都不一样。另外，对数字相机来说，对视频信号进行模拟转换时会产生量化噪声，量化位数越高，噪声越低。 
5、工业相机信噪比的概念
　　相机的信噪比定义为图像中信号与噪声的比值（有效信号平均灰度值与噪声均方根的比值），代表了图像的质量，图像信噪比越高，图像质量越好。
6、工业相机的动态范围。
　　相机的动态范围表明相机探测光信号的范围，动态范围可用两种方法来界定，一种是光学动态范围，指饱和时最大光强与等价于噪声输出的光强的比值，由芯片的特性决定。另一种是电子动态范围，他指饱和电压和噪声电压之间的比值。对于固定相机其动态范围是一个定值，不随外界条件变化而变化。在线性响应去，相机的动态范围定义为饱和曝光量与噪声等效曝光量的比值：
　　动态范围=光敏元的满阱容量/等效噪声信号 
　　动态范围可用倍数、dB或Bit等方式来表示。动态范围大，则相机对不同的光照强度有更强的适应能力。 
7、工业相机里的像元深度。
　　数字相机输出的数字信号，即像元灰度值，具有特殊的比特位数，称为像元深度。对于黑白相机这个值的方位通常是8-16bit。像元深度定义了灰度由暗道亮的灰阶数。例如，对于8bit的相机0代表全暗而255代表全亮。介于0和25之间的数字代表一定的亮度指标。10bit数据就有1024个灰阶而12bit有4096个灰阶。每一个应用我们都要仔细考虑是否需要非常细腻的灰度等级。从8bit上升到10bit或者12bit的确可以增强测量的精度，但是也同时降低了系统的速度，并且提高了系统集成的难度（线缆增加，尺寸变大），因此我们也要慎重选择。 
8、工业相机的硬件接口？ 
　　硬件接口是指相机与镜头之间的借口，常用的镜头的借口有C口，CS口，F口。 
9、 工业相机的分类。
　　答：①按照芯片结构分类：CCD相机 & CMOS相机  如：MV-VD078SC &MV-1300UC
　　   ②按照传感器结构分： 面阵相机 & 线阵相机  如：MV-VD200SC&P2-2X-01K40 
　　   ③按照输出模式分类：模拟相机 & 数字相机  如：VS-808H&MV-VS142FC
　　   ④彩色相机&黑白相机   如：VS-808HC&MV-VS142FM
10、工业相机与普通数码相机的区别。  
　　答：①工业相机的快门时间特别短，能清晰地抓拍快速运动的物体，而普通相机抓拍快速运动的物体非常模糊 
　　    ②工业相机的图像传感器是逐行扫描的，而普通相机的图像传感器是隔行扫描的，甚至是隔三行扫描 
　　    ③工业相机的拍摄速度远远高于普通的相机；工业相机每秒可以拍摄十幅到几百幅的图片，而普通相机只能拍摄2-3幅图像。 
　　    ④工业相机输出的是裸数据，它的光谱范围也往往比较宽，比较适合进行高质量的图像处理算法，普遍应用于机器视觉系统中。而普通相机拍摄的图片，它的光谱范围只适合人眼视觉，并且经过了MPEG压缩，图像质量也较差 
11、如何选择线阵相机？  
　　　　①计算分辨率；幅宽除以最小检测精度得出每行需要的像素。 
　　②检测精度；幅宽除以像素得出实际检测精度。 
　　③扫描行数；每秒运动速度长度除以精度得出每秒扫描行数。 
　　根据以上计算结果选择线阵相机 
　　举例如下：如幅宽为1600毫米、精度1毫米、运动速度22000mm/s 相机：1600/1＝1600像素 最少2000像素，选定为2k相机 1600/2048＝0.8实际精度 22000mm/0.8mm＝27.5KHz 应选定相机为2048像素28kHz相机