高速相機

高速相機是工業相機的一種，一般高速相機指的是數字工業相機，其一般安裝在機器流水線上代替人眼來做測量和判斷，通過數字圖像攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統。

高速相機，相比起普通相機，高速相機具有高圖像穩定性、高傳輸能力和高抗干擾能力等。

基本介紹

• 中文名：高速相機
• 外文名：High Speed Camera

原理

市面上工業相機大多是基於CCD（Charge Coupled Device）或CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）晶片的相機。CCD是機器視覺最為常用的圖像感測器。它集光電轉換及電荷存貯、電荷轉移、信號讀取於一體，是典型的固體成像器件。CCD的突出特點是以電荷作為信號，而不同於其它器件是以電流或者電壓為信號。這類成像器件通過光電轉換形成電荷包，而後在驅動脈衝的作用下轉移、放大輸出圖像信號。典型的CCD相機由光學鏡頭、時序及同步信號發生器、垂直驅動器、模擬/數位訊號處理電路組成。CCD作為一種功能器件，與真空管相比，具有無灼傷、無滯後、低電壓工作、低功耗等優點。CMOS圖像感測器的開發最早出現在20世紀70 年代初，90 年代初期，隨著超大規模積體電路 (VLSI) 製造工藝技術的發展，CMOS圖像感測器得到迅速發展。CMOS圖像感測器將光敏元陣列、圖像信號放大器、信號讀取電路、模數轉換電路、圖像信號處理器及控制器集成在一塊晶片上，還具有局部像素的編程隨機訪問的優點。CMOS圖像感測器以其良好的集成性、低功耗、高速傳輸和寬動態範圍等特點在高解析度和高速場合得到了廣泛的套用。

任何東西分類一定有它自己的分類標準，工業相機也不例外，按照晶片類型可以分為CCD相機、CMOS相機；按照感測器的結構特性可以分為線陣相機、面陣相機；按照掃描方式可以分為隔行掃描相機、逐行掃描相機；按照解析度大小可以分為普通解析度相機、高解析度相機；按照輸出信號方式可以分為模擬相機、數字相機；按照輸出色彩可以分為單色（黑白）相機、彩色相機；按照輸出信號速度可以分為普通速度相機、高速相機；按照回響頻率範圍可以分為可見光（普通）相機、紅外相機、紫外相機等。

高速相機一般採用CameraLink接口，也有採用USB 3.0接口的. CameraLink接口需要在電腦機箱內安裝專用的採集卡; 而USB 3.0接口則無需專用採集卡, 因此使用更方便, 筆記本電腦連線也很方便.

選擇

做圖像處理,處理的對像是從工業相機來的圖像，所以，工業相機的選擇是不可缺少而且非常重要的一步。

首先要弄明白的是自己的檢測任務，是靜態拍照還是動態拍照、拍照的頻率是多少、是做缺陷檢測還是尺寸測量或者是定位、產品的大小（視野）是多少、需要達到多少精度、所用軟體的性能、現場環境情況如何、有沒有其它的特殊要求等。如果是動態拍照，運動速度是多少，根據運動速度選擇最小曝光時間以及是否需要逐行掃描的相機；而相機的幀率（最高拍照頻率）跟像素有關，通常解析度越高幀率越低，不同品牌的工業相機的幀率略有不同；根據檢測任務的不同、產品的大小、需要達到的解析度以及所用軟體的性能可以計算出所需工業相機的解析度；現場環境最要考慮的是溫度、濕度、干擾情況以及光照條件來選擇不同的工業相機。

舉例說明：如我們的檢測任務是尺寸測量，產品大小是18mm*10mm，精度要求是0.01mm，流水線作業，檢測速度是10件/秒，現場環境是普通工業環境，不考慮干擾問題。首先我們知道是流水線作業，速度比較快，因此選用逐行掃描相機；視野大小我們可以設定為20mm*12mm（考慮每次機械定位的誤差，將視野比物體適當放大），假如我們能夠取到很好的圖像（比如可以打背光），而且我們軟體的測量精度可以考慮1/2亞像素精度，那么我們需要的相機解析度就是20/0.01/2=1000pixcel（像素），另一方向是12/0.01/2=600pixcel，也就是說我們相機的解析度至少需要1000*600pixcel，幀率在10幀/秒，因此選擇1024*768像素（軟體性能和機械精度不能精確的情況下也可以考慮1280*1024pixcel），幀率在10幀/秒以上的即可。

一般高速相機指的是數字工業相機，其一般安裝在機器流水線上代替人眼來做測量和判斷，通過數字圖像攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統，圖像系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特徵，進而根據判別的結果來控制現場的設備動作。 廣泛套用於生產檢測、製藥、印刷、電子、電氣製造、以及更高要求的行業。

套用領域

1、工業領域，如開發金屬材料及樹脂材料時，用來觀察材料受到衝擊時內部裂紋產生的方向、狀態等，可用來分析材料被破壞時物質的結構；

2、體育項目上，如捕捉棒球及高爾夫球擊球時球的狀態、與空氣產生的阻力等等，

3、包裝和標籤行業的印刷過程中，能夠實時檢測到高速印刷中非常細微的印刷缺陷。發現印刷缺陷可以為生產提供有價值的信息，以便在生產過程中採取措施，減少最終的損失。各種印刷中常見的缺陷如劃痕、灰塵、漏印、墨痕和褶皺等都可以輕鬆被檢測出來。不但提高投資回報和減少廢品發出，更提高了客戶滿意度和信任度。

4、在開發產品和驗證產品等方面，數字工業相機對被攝物的大小沒有限制，根據鏡頭的條件，既可拍攝一般物質，也可用於顯微鏡攝影。

該產品提供SDK 和Demo 程式源碼，可以很靈活的進行二次開發。

套用領域

1、軍事領域：火藥爆破分析.彈道分析.炸藥爆炸，子彈出膛，火箭發射.煙火分析，防禦裝置設計，撞擊分析，武器機械運動分析，火藥點火過程，飛行分析，穿甲過程分析，槍火分析等
2、生物醫學領.高解析度高速顯微鏡成像.細胞高速成像；生物力學；生物運動分析；動物仿真學；動物動作分析；人體步態分析；昆蟲或鳥類翅膀運動；康復物理治療.細胞、瓣膜運動、出血觀察；吞咽、呼吸道鞭毛運動.汽車測試領域：安全氣囊分析；機器人動作分析；擺臂分析；撞擊試驗；結構分析；防護裝置性能測試；氣缸噴流
3、體育運動領域：仿真設備測試；運動動作姿態分析；衝線瞬間拍攝；羽毛球，網球，田徑運動，兵乓球動作姿態分析；高爾夫動作；體育運動輔助訓練
4、影視製作領域：動畫製作；廣告攝影；電視電影；動畫特效；
5、能源化工領域： 氣相流，粒子測速系統；化學結晶過程；噴流，噴霧流體分析，燃燒過程；火焰分析；微通道流；
6、其他專業領域：跌落試驗；振動分析；衝擊分析；焊接；繞線；切削；壓膜成型.印刷分析；瓶蓋測試；菸草機械；運轉動作分析或故障診斷，產品研發測試、力學彈性分析，放電分析等
7、高速粒子成像測速； 瞬間物理現象； 高速碰撞研究； 顯微高速成像；汽車碰撞測試；材料測試；張力測試；顯微鏡學；氣囊膨脹實驗；快速流體觀測；噴霧成像分析；流體力學；燃料注入；電閘放電；燃燒過程分析;半導體質量控制;自然界和醫學上的快速成像研究;彈道學；超慢動作電影剪下；高速生物學現象觀測（肌肉收縮）；交通控制等等

套用領域包含航天航空、大學研究所、船舶、體育、汽車工業、自動化生產線、各式產品檢測、礦業、陶瓷、製藥、塗料、造紙、水處理以及鑽探泥漿等領域。
1，大學研究所科研試驗,2，機誡運轉動作分析,3，機誡故障診斷,4，產品研發測試,5，航天航空船舶汽車工業,6，自動化生產線,7，各式產品檢測,8，能源化工領域,9，生物醫學領,10，體育運動領域,11，軍事領域,12，影視製作領域；
速攝影 （彈道學、碰撞實驗、高速粒子運動實驗 PIV 、材料學、氣囊膨脹實驗、燃燒實驗、電弧運動、離子束運動、流體力學、噴射實驗、爆炸分析以及其他超高速運動領域）
◆ 高解析度成像 （彈道學、粒子運動實驗 PIV 、工業質量檢測、噴射實驗、電泳現象、火焰分析）
◆ 顯微成像 （微生物光學成像、分子細胞成像）
◆ 低照度成像 （燃燒實驗、彈道學、碰撞實驗、爆炸分析、天文學領域、微光成像、工業檢測監視）
◆ 微光成像
◆ 光譜成像 （紅外感應範圍套用、光源波譜分析）
◆ 圖象分析軟體
◆ Zeta電位儀
◆ 粒度分析儀

產品特點

1、高速LVDS數字工業相機具有解析度高、圖像質量好,解析度可達1280 x 1024 、1600 x 1200、

2048×1536 、2592×1944數字面陣CMOS感光晶片；

2、LVDS數據輸出, 圖像穩定，色彩還原性好，比USB2.0速度更快；

3、所有均經過長時間測試,體積小,安裝方便；

4、標準鏡頭接口(CS及C口)；

5、允許外觸發,曝光時間可控；

6、採用5V供電，功耗小；

7、 2000 / XP、環境下的開發工具及演示程式，支持VC、VB、C++Builder、Delphi SDK。

優勢

1. 高速實時無壓縮圖像記錄，實時顯示，設定速度回顯；

2. 系統採用直接將數據寫入硬碟的記錄方式，解決了傳統記憶體記錄方式記錄時間短的問題，同時解決了傳統採集系統傳輸速度受PCI匯流排頻寬限制的問題；

3. 保證100%不丟幀，解決了傳統記憶體記錄方式易丟幀、缺乏斷電保護等問題；

4. 系統獨立工作，幾乎不占用計算機資源，可靠性高；

5. 一套系統中可支持多塊板卡和相機，同時對多個目標進行跟蹤記錄；

6. 支持多種外部信號的疊加融合；

7. 支持多種圖像格式，有多種軟硬體外觸發功能；

8. 軟體接口簡單，便於二次開發和實時處理。