工业相机概述-选型事项-生产厂家汇总

一、工业相机概述

工业相机又俗称摄像机，相比于传统的民用相机（摄像机）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，目前市面上工业相机大多是基于CCD（Charge Coupled Device）或CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）芯片的相机。
工业相机是机器视觉系统中的一个关键组件，其最基础功能就是将光信号转变成为有序的电信号。选择合适的工业相机也是机器视觉系统设计中的重要环节，工业相机不仅直接决定所采集到的图像分辨率、图像质量等，同时也与整个系统的运行模式直接相关。

CCD芯片相机：

CCD芯片工作原理，如图所示：

在感光像点接受光照之后，感光元件产生对应的电流，电流大小与光强对应，因此感光元件直接输出的电信号是模拟的。在CCD传感器中，每一个感光元件都不对此作进一步的处理，而是将它直接输出到垂直寄存器，传到水平寄存器中，最后才能形成统一的输出。由于感光元件生成的电信号实在太微弱了加上在此过程中会产生大量电压损耗，无法直接进行模数转换工作，因此这些输出数据必须做统一的放大处理—这项任务是由CCD传感器中的放大器专门负责，经放大器处理之后，每个像点的电信号强度都获得同样幅度的增大；因信号只通过一个放大器进行放大，所以产生的噪点较少。但由于CCD本身无法将模拟信号直接转换为数字信号，因此还需要一个专门的模数转换芯片进行处理，最终以二进制数字图像矩阵的形式输出给专门的DSP处理芯片。

CMOS芯片相机：

CMOS工作原理，如图所示：

CMOS传感器中每一个感光元件都直接整合了放大器和模数转换逻辑，当感光二极管接受光照、产生模拟的电信号之后，电信号首先被该感光元件中的放大器放大，然后直接转换成对应的数字信号。换句话说，在CMOS传感器中，每一个感光元件都可产生最终的数字输出，所得数字信号合并之后被直接送交DSP芯片处理，问题恰恰是发生在这里，CMOS感光元件中的放大器属于模拟器件，无法保证每个像点的放大率都保持严格一致，致使放大后的图像数据无法代表拍摄物体的原貌—体现在最终的输出结果上，就是图像中出现大量的噪声，品质明显低于CCD传感器，不过目前这方面的技术已大幅改善

二、工业相机性能优势

好的工业相机应具有高精度、高清晰度、色彩还原好、低噪声等特点，而且通过计算机可以编程控制曝光时间、亮度、增益等参数，另外图像窗口无级缩放，带有外触发输入，带有闪光灯控制输出等功能。国内知名的工业相机生产销售商维视数字图像（Microvision），结合多年研发生产经验及客户需求，特整理出选择工业相机时的注意事项及必看参数，方便一般客户做出合理选择。

三、工业相机选购主看参数

1. 分辨率（Resolution）：指镜头可清晰分辨被拍摄物体细节的能力，在像平面1mm内可以分辨开的黑白相间的线条对数，分辨率的单位是“线对/毫米”（lp/mm）。相机每次采集图像的像素点数（Pixels），对于工业数字相机一般是直接与光电传感器的像元数对应的，对于工业数字模拟相机则是取决于视频制式，PAL制为768*576，NTSC制为640*480。
2. 像素深度（Pixel Depth）：即每像素数据的位数，一般常用的是8Bit，对于工业数字数字相机一般还会有10Bit、12Bit等。
3. 最大帧率（Frame Rate）/行频（Line Rate）：相机采集传输图像的速率，对于面阵相机一般为每秒采集的帧数（Frames/Sec.），对于线阵相机机为每秒采集的行数（Hz）。
4. 曝光方式（Exposure）和快门速度（Shutter）：对于工业线阵相机都是逐行曝光的方式，可以选择固定行频和外触发同步的采集方式，曝光时间可以与行周期一致，也可以设定一个固定的时间；面阵相机有帧曝光、场曝光和滚动行曝光等几种常见方式，工业数字相机一般都提供外触发采图的功能。快门速度一般可到10微秒，高速相机还可以更快。
5. 像元尺寸（Pixel Size）：像元大小和像元数（分辨率）共同决定了相机靶面的大小。目前工业数字相机像元尺寸一般为3μm-10μm，一般像元尺寸越小，制造难度越大，图像质量也越不容易提高。

6. 光谱响应特性（Spectral Range）：是指该像元传感器对不同光波的敏感特性，一般响应范围是350nm－1000nm，一些相机在靶面前加了一个滤镜，滤除红外光线，如果系统需要对红外感光时可去掉该滤镜。

工业镜头的基本参数：

• 视场：Field of View，即FOW，也叫视野范围，指可以观测到的物体的可视范围。
• 工作距离：Working Distance，指从镜头前部到受检物体表面的距离，在该距离下镜头可以清晰成像。
• 景深：Depth of View，在景物空间中，位于调焦平面前后一定距离内还能够清晰成像的纵深距离，也就是在实际像平面上获得相对清晰影像的景物精简深度范围。
• 焦距：Focal Length，焦距是从镜头的中心点到焦平面上所形成的清晰影像之间的距离。焦距数值小，视角大，所观察到的范围也大，但距离远的物体成像不是很清晰；焦距数值大，视角小，观察范围小，但距离较远的物体也可以清晰成像，有定焦和变焦两种镜头型号。相见的工业镜头焦距：5/8/12/25/35/50/75mm等。一般焦距越小，价格越贵。
• 光圈：Iris，用来控制光线透过镜头进入机身内感光面光量的装置，在拍摄高速运动物体时候，由于曝光时间短，需要使用大光圈。光圈大小一般用F表示，以镜头焦距f和通光孔径直径D的比值来衡量，当光圈物理孔径不变时，镜头中心与感光器件距离越远，F值越大，光圈越小；反之，F值越小，光圈越大。一般通过调整通光孔径大小来调节光圈，完整的光圈数值系列如下：F1，F1.4，F2，F2.8，F4，F5.6，F8，F11，F16，F22，F32，F44，F64。光圈F数值每升高一个等级，意味着通光孔径的面积即进光量降低一半。
  

                                                                           

• 镜头畸变：镜头在成像时，特别是用短焦距镜头拍摄大视场时，图像会产生形变，这是由于镜头的光学结构和成像特性导致的，原因是由于视野中局部放大倍数不一致造成的图像扭曲。拍摄的视场越大，所用的镜头的焦距越短，畸变的程度就越明显，可以通过图像标定减弱这种平面畸变的影响。
  

四. 相机接口类型：

GIGE千兆网接口：
千兆网协议稳定，该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。
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。
传输距离远，可传输100米。可多台同时使用，CPU占用率小。
USB2.0接口：
所有电脑都配置有USB2.0接口，方便连接，不需要采集卡。USB2.0接口的相机，是最早应用的数字接口之一，开发周期短，成本低廉，是目前最为普通的类型，缺点是其传输速率较慢，理论速度只有480Mb（60MB）。在传输过程中CPU参与管理，占用及消耗资源较大。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。传输距离近，信号容易衰减。
USB3.0接口：
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。
在传输协议方面，USB 3.0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。
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。传输距离问题，依然没有得到解决。目前虽然市面上还没有太多的USB3.0相机出现，不过现在国内外的工业相机厂商都在积极推进，而且有些厂商已经有相关的样机出现，维视图像（Microvision)已经研发并推出MV-VDM系列USB3.0工业相机。

Camera Link接口：
需要单独的Camera Link接口，不便携，导致成本过高。传输速度是目前的工业相机中最快的一种总线类型。一般用于高分辨率高速面阵相机，或者是线阵相机上。
传输距离近，可传输距离为10米。
1394（火线）：
1394接口，在工业领域中，应用还是非常广泛的。协议、编码方式都非常不错，传输速度也比较稳定，只不过由于早期苹果的垄断，造成其没有被广泛应用。
1394接口，特别是1394B口，都有坚固的螺丝。1394接口不太方便的地方是其未能普及，因此电脑上通常不包含其接口，因此需要额外的采集卡，传输距离仅为4.5米。

五.如何选择合适的工业相机镜头

关于如何选择合适的工业相机镜头我们需要要注意以下六点：
（1）、工作距离、焦距
　　工作距离和焦距一般都是结合考虑的。大多数情况下要先明确系统的分辨率，再结合CCD像素尺寸就能得知放大倍率，然后再结合空间结构约束就能得知大概的工作距离，就可以估算工业相机镜头的焦距。所以工业相机镜头的焦距和工业相机镜头的工作距离、系统分辨率(及CCD像素尺寸)是密切相关的。
（2）、特殊要求优先考虑
　　选择合适的工业相机镜头最重要的就是结合实际应用，如果有特殊的要求就应该先确定下来。比如是否需要用到远心镜头，是否有测量功能，成像的景深是否很大等等。
（3）、 波长、变焦与否
　　工业相机镜头的工作波长和是否需要变焦是较为容易先确定下来的，成像过程中需要改变放大倍率的应用，采用变焦镜头，否则采用定焦镜头就可以了。关于工业相机镜头的工作波长，常见的是可见光波段，也有其他波段的应用。单色光还是多色光?能否有效避开杂散光的影响?是否需要另外采取滤光措施?把这几个问题考虑进去，再综合衡量后确定镜头的工作波长。
（4）、成本和技术成熟度
　　如果所有的因素考虑完之后有多项方案都能满足要求，此时便可以考虑成本和技术成熟度，进行权衡择优选取。
（5）、光圈和接口
　　一般来说，工业相机镜头的光圈是影响像面亮度的主要因素。但是现在的机器视觉系统中，最终的图像亮度却是由很多因素共同决定的：光圈、光源、积分时间、相机增益等等。所以为了获得必要的图像亮度有比较多的环节供调整。
（6）、像面大小和像质
　　选择工业相机镜头的时候要考虑像面大小要与相机感光面大小是否兼容，遵循“大的服从小的”原则，相机感光面不能超出镜头标示的像面尺寸，否则边缘视场的像质不保。像质的要求主要关注MTF和畸变两项。在测量应用中，尤其应该重视畸变。

六.CCD工业相机生产商

国外厂家主要有：

1.AVT成立于1989年，专注于设计、生产和销售GigE Vision数字摄像机、Firewire工业相机和各种特种高端数字相机——如近红外（NIR）、长波红外（LWIR），紫外（UV），主动制冷CCD、高分高速摄像机等产品。创新的设计、上好的制造质量以及优质的服务，使得AVT在世界范围内确立了其在机器视觉领域里的数字摄像机解决方案的一流供应商地位。AVT旗下的Guppy Pro, Manta, Stingray, Pike系列；Prosilica GC，GS，GT，GE，GX系列及Bigeye，Bonito，Pearleye、Goldeye系列产品定能满足视觉用户最苛刻的成像需求。

2.Baumer堡盟是创新型图像处理组件的全球领先制造商之一，提供广泛的适合各种应用的高品质工业相机。其核心能力涉及传感器集成、信号处理、接口和驱动程序等所有视觉应用领域，确保将相机集成在相应的视觉系统中。产品组合包括CCD和CMOS相机，分辨率从VGA到800万像素不等。数字相机采用各种标准接口，例如：Gigabit千兆以太网、CameraLink® 和FireWireTM.创新技术改进，例如以太网供电、Dual GigE、IP67、多I/O系列等相机。

3.Basler公司秉承了德国一贯的严谨、认真负责的工作作风，生产的CCD产品以稳定可靠的性能和优质的技术服务为业界提供全系列的CCD接入产品，Basler的 CCD产品在工业生产、产品质量检测、航空航天、农业资源勘察、印刷质量（如造币厂）分析、科学研究等领域有着广泛的应用。

4.Dalsa 于 1980 年在加拿大安大略省的Waterloo成立，创办人是成像行业的先驱、Waterloo大学电子工程专业的前任教授 Savvas Chamberlain 博士。在高端成像和机器视觉领域，DALSA是全球最大、技术最先进的CCD/CMOS芯片和相机制造商，是世界上唯一的一家同时拥有半导体制造，芯片设计\制造，相机设计\制造，图像采集处理软硬件设计制造能力以及视觉系统集成的全线能力的高科技企业。DALSA经过几十年的发展壮大，已成为年销售额一亿六千八百万美元，在全球拥有1000多名员工的国际化大公司，销售办事处遍及北美和欧亚。

5.JAI公司成立于1963年，是世界知名的工业相机供应商，总部位于丹麦的哥本哈根，在日本、美国和英国有分支机构。JAI致力于为机器视觉用户提供从线扫描到面扫描，从模拟到数字，从Camera Link到GigE Vision的丰富产品选择。JAI公司尤其擅长棱镜分光多CCD摄像机的研发和制造，是世界上最大的2CCD、3CCD及4CCD多光谱工业相机供货商。 JAI产品具有结构紧凑、可靠性高、功能灵活、操人简单的特点，广泛应用于机器视觉、智能交能、医疗、军工等领域。其最新的C3系列GigE相机分为A(Advanced)、B(Basic)、C(Compact)三个系列，实现了模块化设计和统一的操作平台，系列之间具有很好的继承性。

6.Imagingsource自1990年成立以来, The Imaging Source兆镁新已成为全球制造工业相机、图像卡及视频转换器的领导者, 产品系列可被广泛地应用于工业自动化、质量检测、物流、医药、科学研究及安全等领域。 完整的相机产品系列运用了工业标准化的产制原则，使The Imaging Source兆镁新的产品具有创新且高性价比的优势。 仅采用主流且多元的USB 3.0, USB 2.0, GigE, 1394b和1394a等接口，以落实产品皆建立在“基于标准技术”的理念上。 低整合成本与极具竞争优势的价格 The Imaging Source兆镁新的硬件产品发展建立于20余年的成功工业部件规划。 而软件开发的丰富经验，确保了与硬件装置能完全兼容并降低整合成本。 The Imaging Sourcee兆镁新所制造的硬件和软件产品皆具备坚固耐用、低整合成本与极具竞争优势的价格。 卓越质量与简易操作 所有的相机、图像采集卡及视频转换器皆是The Imaging Source兆镁新累积数十年的专业经验。 位于全球的应用工程师及专业影像团队，以严格的标准不断地研发而造就了卓越的质量。

国内厂家主要有：

　1、凌华科技
　凌华科技（中国）有限公司，是台湾凌华科技集团在中国大陆设立的分公司。是一家致力于研究、制造基于PC技术的专业计算机、自动化数据量测系统及工业过程自动化控制设备的专业厂商。
　凌华科技在图像采集卡方面具有强大的科研实力，自行研发制造的产品被广泛应用在SCADA系统、工业、测量、智能机器，智能交通以及现代通讯系统、医疗设备、航天、军工等领域。
　　
　　2、大恒图像
　　中国大恒（集团）有限公司北京图像视觉技术分公司简称为大恒图像，成立于1991年，总部在北京，是中国科学院下属企业。　
　　大恒图像自成立之日起，一直坚持走以技术开发为主的发展道路，一直致力于图像视觉领域的研究开发，建立了技工贸一体化的结构，连续十五年被中关村科技园区认定为高新技术企业。　　
　　在国内，大恒图像是首屈一指的专业视频图像处理设备供应商，同时也是著名的图像应用系统集成商和解决方案提供商。
　　
　　3、视觉龙　　
　　深圳市视觉龙科技有限公司是一家由归国留学人员创办的高科技企业，公司成立于2002年9月，在深圳、常州和嘉兴分别设有公司。成立以来，公司一直致力于机器视觉产品的应用开发、嵌入式机器视觉系统的研发、生产以及销售。　　
　　视觉龙专业涵盖非接触式测量(含机器视觉、位移测量等)、自动化控制、精密机械、电子、工控软件等诸多重要领域。可以提供机器视觉单元、镜头、光源等硬件及软件方面的支持和配合。　　
　　应用前景：在包括汽车制造、制药、电子、包装、印刷、烟草、日化、建材、制币、制卡等在内的几乎所有的现代工业自动化生产中，涉及到各种各样的检验生产监 视和零件识别应用，如汽车零件批量加工，端子尺寸检测，SMT装配，IC的字符识别等等，通常这种带有高度重复性和智能性的工作只能用人的肉眼来完成，但 有些时候，如微小的尺寸要做到精确快速测量,形状匹配,颜色识别等，人们根本无法用肉眼连续稳定地进行，其他物理传感器也难以有用武之地。视觉龙科技作为 一间专门为高要求用户提供图像处理和机器视觉软件及全面解决方案的公司，一直致力于机器视觉自动化的推广，在业内已具有骄人的业绩和口碑，为推动以上工业 发展做出了巨大的努力。
　　
　　4、凌云光子　　
　　凌云光子技术集团是致力于光通信(OpticalCommunication)、CCD&CMOS数字成像技术和机器视觉领域(ImagingTechnology&MachineVision)的专业技术集团公司。　　
　　集团总部位于北京，下设北京凌云光视数字图像技术有限公司、北京凌云光子技术有限公司，上海凌云天博光电技术有限公司和香港分公司，并在上海、深圳两地设 有办事处。公司为Bookham、Fujikura、U2T、TeraXion、VPIsystems、Avensys、EXFO等四十多家世界著名的专业技术公司 在中国做产品推广、应用技术支持、市场拓展和渠道建设等工作，公司专注于光通信EDFA、40Gb/sDWDM光传输、100Gb/sDWDM光传输、 ROADM、偏振、光纤激光器、FBG传感、光接入网传输等多个应用领域，为广大用户提供从软件模拟、各种关键元器件，到测试仪表在内的整套产品解决方 案，且逐渐开始在光通信领域开展自主研发及生产。
　　
　　5、康视达　
　　康视达自动化科技有限公司是一家专业从事机器视觉光源、机器视觉系统集成、研发和服务的高新科技企业。公司立足于机器视觉和工业自动化领域，专注于机器视觉和运动控制的完美结合，全力打造视觉高端产品。　　
　　康视达研发LED机器视觉光源，形成环形光源、条形光源、线扫描光源、面光源、圆顶无影光源、平面无影光源、同轴光源、点光源、AOI设备专用光源、锡膏印刷机专用光源等众多系列，拥有多项专利技术。机器视觉光源是康视达公司的核心产品。　　
　　康视达代理国内外知名品牌的工业产品，包括:Cognex、NI、Panasonic等智能相机,SENTECH、Teli、Hitachi、 ImagingSource工业相机,Computar、VST、Navita、Myutron工业镜头,以及NI图像采集卡,MCC数据采集 卡,HALCON图像处理软件等。

参考：

http://www.mv186.com/show-list-284.html

http://blog.csdn.net/x454045816/article/details/54601920

http://www.askci.com/news/chanye/2014/08/22/153068y30.shtml