工業攝像機

工業攝像機是一種適用於智慧型交通、治安卡口、高清電子警察系統、工業檢測、半導體檢測、印製板檢測、食品飲料檢測等眾多領域套用的高解析度彩色數字攝像機。它具傳輸速度快，色彩還原性好，成像清晰等特點。不但能夠方便拍攝顯微圖像，而且能夠測量拍攝物體的長度、角度、面積等系列參數，還可列印圖文報告。高解析度工業數字攝像機安裝使用操作也很簡單。

基本介紹

• 中文名：工業攝像機
• 外文名：Industrial camera
• 適用於：適用於智慧型交通、治安卡口
• 特點：傳輸速度快

產品特點

1.拍攝圖象清晰度高，色彩還原好，曝光時間、白平衡、對比度、亮度、飽和度及色度等多參數軟體自動控制。

2.安裝使用操作簡單，通過USB2.0接口，不需要額外的採集設備，即插即用，即可獲得實時的無壓縮數碼圖象，明美操作軟體界面簡潔，圖象採集所見即所得。

3.具有動態錄像功能，其壓縮格式極其方便存儲。

工業相機的分類

工業攝像機按攝像器件劃分為電真空攝像器件(即攝像管)攝像機和固體攝像器件(CCD器件、CMOS器件)攝像機兩大類。電真空攝像管開發早、種類多，但成本高，體積大。已被一般電視監控系統選用的固體攝像器件所代替。後者是發展起來的一類新型攝像器件，它的優點是：惰性小、靈敏度高、抗強光照射、幾何失真小、均勻性好；抗沖振，沒有微音效應；小而輕、壽命長。工業攝像機正朝著小型化、輕量化、廉價化，並提高圖像質量、增加操作功能的方向發展。　主流的工業攝像機基本是按CCD感光件和CMOS感光件來分的。

CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互補性氧化金屬半導體），CMOS感測器的感光度一般在6到15Lux的範圍內，CMOS感測器有固定比CCD感測器高10倍的噪音，固定的圖案噪音始終停留在螢幕上好像那就是一個圖案，因為CMOS感測器在10Lux以下基本沒用，因此大量套用的所有攝像機都是用了CCD感測器，CMOS感測器一般用於非常低端的家庭安全方面。　但有2個例外，CMOS感測器可以做得非常大並有和CCD感測器同樣的感光度，CMOS感測器非常快速，比CCD感測器要快10到100倍，因此非常適用於特殊套用如high ens DSC camera ( Cannon D-30 )或者高幀攝像機。　CMOS感測器可以將所有邏輯和控制器都放在同一個矽晶片塊上，可以使攝像機變得簡單並易於攜帶，因此CMOS攝像機可以做得非常小。　CMOS攝像機儘管耗能與CCD攝像機同等或者略高，但是CMOS感測器使用很少的晶片如CDS、TG和DSP，所以同樣尺寸的總能量消耗比CCD攝像機減少了1/2到1/4。儘管CCD表示“電荷耦合器件”，而CMOS表示“互補金屬氧化物半導體”，但是不論CCD或者CMOS對於圖像感應都沒有用，真正感應的感測器稱做“圖像半導體”，CCD感測器和CMOS感測器（暫且如此稱呼）實際使用的都是同一種感測器“圖像半導體”，圖像半導體是一個PN結合半導體，能夠轉換光線的光子爆炸結合處成為成比例數量的電子。電子的數量被計算信號的電壓，光線進入圖像半導體得越多，電子產生的也越多，從感測器輸出的電壓也越高。CCD稱為“電荷耦合器件” ，CCD實際上只是一個把從圖像半導體中出來的電子有組織地儲存起來的方法。　CMOS稱為“互補金屬氧化物半導體”，CMOS實際上只是將電晶體放在矽塊上的技術，沒有更多的含義。感測器被稱為CMOS感測器只是為了區別於CCD感測器，與感測器處理影像的真正方法無關。CMOS感測器不需要複雜的處理過程，直接將圖像半導體產生的電子轉變成電壓信號，因此就非常快。這個優點使得CMOS感測器對於高幀攝像機非常有用，高幀速度能達到400到2000幀/秒

CCD（Charge Coupled Device ，感光耦合組件）為數字相機中可記錄光線變化的半導體 )，被攝物體的圖像經過鏡頭聚焦至CCD晶片上，CCD根據光的強弱積累相應比例的電荷，各個像素積累的電荷在視頻時序的控制下，逐點外移，經濾波、放大處理後，形成視頻信號輸出。視頻信號連線到監視器或電視機的視頻輸入端便可以看到與原始圖像相同的視頻圖像。無論彩色攝像機還是黑白攝像機，都是通過CCD本身的電子掃描將光信號轉變為電信號，其光電轉變的器件都是採用了CCD器件，CCD是電耦合器件（Charge CoupleDevice）的簡稱，因此也稱為耦合攝像機。它是通過採用HYPER HAD（HOLE ACCUMU-LATED DIODE，空穴累積二極體）CCD技術。當被攝物體反射光線，傳播到鏡頭，經鏡頭聚焦到CCD晶片上，CCD根據光的強弱積聚相應的電荷，經周期性放電，產生表示一幅幅畫面的電信號，經過濾波、放大、整形、DSP（數位訊號處理）等一系列處理，通過攝像頭的輸出端子輸出一個標準的複合視頻信號。這個標準的視頻信號同家用的錄像機、VCD機、家用攝像機的視頻輸出是一樣的，所以也可以錄像或接到電視機上觀看。　耦合攝像機的主要感測部件是CCD，它具有靈敏度高、畸變小、壽命長、抗震動、抗磁場、體積小、無殘影等特點，它能夠將光線變為電荷並可將電荷儲存及轉移，也可將儲存之電荷取出使電壓發生變化，因此是理想的攝像元件。是代替攝像管感測器的新型器件。

主要技術指標

白平衡

物體顏色會因投射光線顏色產生改變，在不同光線的場合下拍攝出的畫面會有不同的色差。例如以鎢絲燈(電燈泡)照明的環境拍出的照片可能偏黃，一般來說，CCD沒有辦法像人眼一樣會自動修正光線的改變。若在燈光底下用白平衡，圖片的色調就會恢復到原色狀態，白平衡會按畫像中圖像特質，立即調整整個圖像紅綠藍三色的強度，以修正外部光線所造成的誤差。　平衡就是無論環境光線如何，讓攝像機默認“白色”，就是讓他能認出白色，而平衡其他顏色在有色光線下的色調。顏色實質上就是對光線的解釋，在正常光線下看起來是白顏色的東西在較暗的光線下看起來可能就不是白色，還有螢光燈下的"白"也是"非白"。對於這一切如果能調整白平衡，則在所得到的照片中就能正確地以"白"為基色來還原其他顏色。

照度(Lux)

以現場場景為標準．照度越低越好表示很暗的燈光也能看得到，尤其是晚上的時候。最好的是星光等級的攝像機，可達到0.01Lux，一般的攝像機是在0.1Lux左右。 有些攝像機在低照度時採取累積式攝取影像，當然在動態下就是有移動物體時，會產生拖影而使圖像變得模糊不清，故在裝低照度的攝像機最好是Real-time(即時)的影像。

解析度/解析度

圖像元素的點依水平及垂直方式所判別出來的數值．水平解析度　以畫面的高度為縱軸，在此高度內所能判別縱向黑白的線數值稱之，一般以TV-Lines稱之。　垂直解析度　橫向黑白線數值　﹡ 用攝像機拍攝的影音信號需要在電視上播放時，需要換算成與電視畫質相同的單位。而電視的畫面清晰度是以水平清晰度作為單位。通俗地說，我們可以把電視上的畫面以水平方向分割成很多很多“條”，分得越細，這些畫面就越清楚，而水平線數的數碼就越多。這個單位是“電視行（TVLine）”也稱線。解析度越高越好：比較高檔的有480TV或以上如：600TV- Lines、550TV-Lines、500TV-Lines。一般中解析度大多在380-420條間。

背光補償

背光補償也稱作逆光補償或逆光補正，它可以有效補償攝像機在逆光環境下拍攝時畫面主體黑暗的缺陷。當引入背光補償功能時，攝像機僅對整個視場的一個子區域進行檢測，通過求此區域的平均信號電平來確定AGC電路的工作點。由於子區域的平均電平很低，AGC放大器會有較高的增益，使輸出視頻信號的幅值提高，從而使監視器上的主體畫面明朗。此時的背景畫面會更加明亮，但其與主體畫面的主觀亮度差會大大降低，整個視場的可視性得到改觀.　﹡DPS數字像素系統(Digital Pixel System)　技術中的圖像感測器和圖像處理器全數字，並採用32位ARMCPU精確控制每個像素，且每個像素獨立完成采 樣和曝光，並直接轉換為數位訊號.

寬動態

寬動態技術是在非常強烈的對比下讓攝像機看到影像的特色而運用的一種技術當在強光源（日光、燈具或反光等）照射下的高亮度區域及陰影、逆光等相對亮度較低的區域在圖像中同時存在時，攝像機輸出的圖像會出現明亮區域因曝光過度成為白色，而黑暗區域因曝光不足成為黑色，嚴重影響圖像質量。攝像機在同一場景中對最亮區域及較暗區域的表現是存在局限的，這種局限就是通常所講的“動態範圍”。　廣義上的“動態範圍”是指某一變化的事物可能改變的跨度，即其變化值的最低端極點到最高端極點之間的區域，此區域的描述一般為最高點與最低點之間的差值。這是一個套用非常廣泛的概念，在談及攝像機產品的拍攝圖像指標時，一般的“動態範圍”是指攝像機對拍攝場景中景物光照反射的適應能力，具體指亮度（反差）及色溫（反差）的變化範圍。　寬動態攝像機比傳統只具有3：1動態範圍的攝像機超出了幾十倍。

電子快門

電子快門是依靠電晶體或電容器的功能來控制快門速度。因為可與組裝在照相機的電曝光計聯動，為電眼、自動曝光照相機所採用。與此相反，過去的利用彈簧、凸輪等靠機械手段控制的稱為機械快門。電子快門的優點是，要求時控的精度好，可獲得連續的速度，容易做到數秒以上的長時間控制。　與傳統的攝像管攝像機相比，CCD攝像機採用縱向OFD（溢流溝道）構造，因而具有了可靠的可變電子快門功能。當使用電子快門功能時，我們可以拍攝到高速運動物體的清晰畫面，但是設定的電子快門速度越快，CCD所能接受的光量越少，所需要的光圈越大。另外，使用電子快門功能可以拍攝到清晰、無水平噪波帶的計算機監視器、電影銀幕、投影螢幕畫面。下面以IT型CCD為例來分析電子快門的原理。當電子快門關閉時，經過光電轉換後的電荷在進入垂直消隱期間之前被存儲，當電子快門打開時，在指定的時間內，被存儲的電荷會全部被送到縱向OFD中丟棄，接下去進行再一次電荷儲存。因此，實際上的受光時間，只有從丟棄時開始到傳送到垂直移位暫存器的這段時間。電子快門設定的時間越短，轉移的電荷就越少，可獲得的動態清晰度就越高。

防水防法等級

是由IEC（International Electro TechnicalCommission）所起草。依其防塵、防止外物侵入、防水、防濕氣之特性加以分級。　IP防護等級是由兩個數字所組成，第一個數字表示防塵、防止外物侵入的等級；第二個數字表示防濕氣、防水侵入的密閉程度。數字越大，表示其防護等級越高。　IPxx 防塵防水等級　防塵等級 (第一個X表示))0：沒有保護1 ：防止大的固體侵入2 ：防止中等大小的固體侵入3 ：防止小固體進入侵入4 ：防止物體大於 1mm 的固體進入5 ：防止有害的粉塵堆積6 ：完全防止粉塵進入　防水等級 (第二個X表示0 ：沒有保護1 ：水滴滴入到外殼無影響2 ：當外殼傾斜到 15 度時，水滴滴入到外殼無影響3 ：水或雨水從 60 度角落到外殼上無影響4 ：液體由任何方向潑到外殼沒有傷害影響5 ：用水沖洗無任何傷害6 ：可用於船艙內的環境7 ：可於短時間內耐浸水（ 1m ）8 ：於一定壓力下長時間浸水

工作方式

解析度的選擇

評估攝像機解析度的指標是水平解析度，其單位為線對，即成像後可以分辨的黑白線對的數目。常用的黑白攝像機的解析度一般為380-600，彩色為380-480，其數值越大成像越清晰。一般的監視場合，用400線左右的黑白攝像機就可以滿足要求，；用600線的攝像機能得到更清晰的圖像。此類產品完全滿足醫療、圖像處理等特殊場合。

成像靈敏度

通常用最低環境照度要求來表明攝像機靈敏度，黑白攝像機的靈敏度大約是0.02-0.5Lux(勒克斯)，彩色攝像機多在1Lux以上。0.1Lux的攝像機用於普通的監視場合；在夜間使用或環境光線較弱時，推薦使用0.02Lux的攝像機。與近紅外燈配合使用時，也必須使用低照度的攝像機。

另外攝像的靈敏度還與鏡頭有關，0.97Lux/F0.75相當於2.5Lux/F1.2相當於3.4Lux/F1.參考環境照度：夏日陽光下 100000Lux 陰天室外 10000Lux 電視台演播室 1000Lux 距60W檯燈60cm桌面 300Lux 室內日光燈 100Lux 黃昏室內 10Lux　20cm處燭光 10-15Lux 夜間路燈 0.1Lux

電子快門

電子快門的時間在1/50-1/100000秒之間，攝像機的電子快門一般設定為自動電子快門方式，可根據環境的亮暗自動調節快門時間，得到清晰的圖像。有些攝像機允許用戶自行手動調節快門時間， 以適應某些特殊套用場合。

外同步與外觸發

外同步是指不同的視頻設備之間用同一同步信號來保證視頻信號的同步，它可保證不同的設備輸出的視頻信號具有相同的幀、行的起止時間。為了實現外同步，需要給攝像機輸入一個複合同步信號(C-sync)或複合視頻信號。外同步並不能保證用戶從指定時刻得到完整的連續的一幀圖像，要實現這種功能，必須使用一些特殊的具有外觸發功能的攝像機。

光譜回響特性

CCD器件由矽材料製成，對近紅外比較敏感，光譜回響可延伸至1.0um左右。其回響峰值為綠光(550nm)，分布曲線如右圖所示。夜間隱蔽監視時，可以用近紅外燈照明，人眼看不清環境情況，在監視器上卻可以清晰成像。由於CCD感測器表面有一層吸收紫外的透明電極，所以CCD對紫外不敏感。彩色攝像機的成像單元上有紅、綠、蘭三色濾光條，所以彩色攝像機對紅外、紫外均不敏感。

CCD晶片的尺寸

CCD的成像尺寸常用的有1/2"、1/3"等，成像尺寸越小的攝像機的體積可以做得更小些。在相同的光學鏡頭下，成像尺寸越大，視場角越大。 晶片規格 成像面大小(寬X高) 對角線 1/2 6.4x4.8mm 8mm 1/3 4.8x3.6mm 6mm 攝像機鏡頭選購指南 在電視監控系統中如何根據現場被監視環境，正確選用攝像機鏡頭是非常重要的，因為它直接影響到系統組成後在系統末端監視器上所看到的被監視面畫的效果能否滿足系統的設計要求(就畫面範圍或圖像細節而言)，所以正確的選用攝像機鏡頭可以使系統得到最最佳化設計並可獲得良好的監視效果。