一文浅谈高速相机

高速相机是工业相机的一种，一般高速相机指的是数字工业相机，其一般安装在机器流水线上代替人眼来做测量和判断，通过数字图像摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统。

高速相机，相比起普通相机，高速相机具有高图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等。

原理

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。CCD是机器视觉最为常用的图像传感器。它集光电转换及电荷存贮、电荷转移、信号读取于一体，是典型的固体成像器件。CCD的突出特点是以电荷作为信号，而不同于其它器件是以电流或者电压为信号。这类成像器件通过光电转换形成电荷包，而后在驱动脉冲的作用下转移、放大输出图像信号。典型的CCD相机由光学镜头、时序及同步信号发生器、垂直驱动器、模拟/数字信号处理电路组成。CCD作为一种功能器件，与真空管相比，具有无灼伤、无滞后、低电压工作、低功耗等优点。CMOS图像传感器的开发最早出现在20世纪70年代初，90年代初期，随着超大规模集成电路(VLSI)制造工艺技术的发展，CMOS图像传感器得到迅速发展。CMOS图像传感器将光敏元阵列、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换电路、图像信号处理器及控制器集成在一块芯片上，还具有局部像素的编程随机访问的优点。CMOS图像传感器以其良好的集成性、低功耗、高速传输和宽动态范围等特点在高分辨率和高速场合得到了广泛的应用。

任何东西分类一定有它自己的分类标准，工业相机也不例外，按照芯片类型可以分为CCD相机、CMOS相机；按照传感器的结构特性可以分为线阵相机、面阵相机；按照扫描方式可以分为隔行扫描相机、逐行扫描相机；按照分辨率大小可以分为普通分辨率相机、高分辨率相机；按照输出信号方式可以分为模拟相机、数字相机；按照输出色彩可以分为单色（黑白）相机、彩色相机；按照输出信号速度可以分为普通速度相机、高速相机；按照响应频率范围可以分为可见光（普通）相机、红外相机、紫外相机等。

高速相机一般采用CameraLink接口，也有采用USB 3.0接口的.CameraLink接口需要在电脑机箱内安装专用的采集卡;而USB 3.0接口则无需专用采集卡,因此使用更方便,笔记本电脑连接也很方便.

选择

做图像处理,处理的对像是从工业相机来的图像，所以，工业相机的选择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检测任务，是静态拍照还是动态拍照、拍照的频率是多少、是做缺陷检测还是尺寸测量或者是定位、产品的大小（视野）是多少、需要达到多少精度、所用软件的性能、现场环境情况如何、有没有其它的特殊要求等。如果是动态拍照，运动速度是多少，根据运动速度选择最小曝光时间以及是否需要逐行扫描的相机；而相机的帧率（最高拍照频率）跟像素有关，通常分辨率越高帧率越低，不同品牌的工业相机的帧率略有不同；根据检测任务的不同、产品的大小、需要达到的分辨率以及所用软件的性能可以计算出所需工业相机的分辨率；现场环境最要考虑的是温度、湿度、干扰情况以及光照条件来选择不同的工业相机。

举例说明：如我们的检测任务是尺寸测量，产品大小是18mm*10mm，精度要求是0.01mm，流水线作业，检测速度是10件/秒，现场环境是普通工业环境，不考虑干扰问题。首先我们知道是流水线作业，速度比较快，因此选用逐行扫描相机；视野大小我们可以设定为20mm*12mm（考虑每次机械定位的误差，将视野比物体适当放大），假如我们能够取到很好的图像（比如可以打背光），而且我们软件的测量精度可以考虑1/2亚像素精度，那么我们需要的相机分辨率就是20/0.01/2=1000pixcel（像素），另一方向是12/0.01/2=600pixcel，也就是说我们相机的分辨率至少需要1000*600pixcel，帧率在10帧/秒，因此选择1024*768像素（软件性能和机械精度不能精确的情况下也可以考虑1280*1024pixcel），帧率在10帧/秒以上的即可。

一般高速相机指的是数字工业相机，其一般安装在机器流水线上代替人眼来做测量和判断，通过数字图像摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。广泛应用于生产检测、制药、印刷、电子、电气制造、以及更高要求的行业。

应用领域

1、工业领域，如开发金属材料及树脂材料时，用来观察材料受到冲击时内部裂纹产生的方向、状态等，可用来分析材料被破坏时物质的结构；

2、体育项目上，如捕捉棒球及高尔夫球击球时球的状态、与空气产生的阻力等等，

3、包装和标签行业的印刷过程中，能够实时检测到高速印刷中非常细微的印刷缺陷。发现印刷缺陷可以为生产提供有价值的信息，以便在生产过程中采取措施，减少最终的损失。各种印刷中常见的缺陷如划痕、灰尘、漏印、墨痕和褶皱等都可以轻松被检测出来。不但提高投资回报和减少废品发出，更提高了客户满意度和信任度。

4、在开发产品和验证产品等方面，数字工业相机对被摄物的大小没有限制，根据镜头的条件，既可拍摄一般物质，也可用于显微镜摄影。

该产品提供SDK和Demo程序源码，可以很灵活的进行二次开发。

5、军事领域：火药爆破分析.弹道分析.炸药爆炸，子弹出膛，火箭发射.烟火分析，防御装置设计，撞击分析，武器机械运动分析，火药点火过程，飞行分析，穿甲过程分析，枪火分析等

6、生物医学领.高分辨率高速显微镜成像.细胞高速成像；生物力学；生物运动分析；动物仿真学；动物动作分析；人体步态分析；昆虫或鸟类翅膀运动；康复物理治疗.细胞、瓣膜运动、出血观察；吞咽、呼吸道鞭毛运动.汽车测试领域：安全气囊分析；机器人动作分析；摆臂分析；撞击试验；结构分析；防护装置性能测试；气缸喷流

7、体育运动领域：仿真设备测试；运动动作姿态分析；冲线瞬间拍摄；羽毛球，网球，田径运动，兵乓球动作姿态分析；高尔夫动作；体育运动辅助训练

8、影视制作领域：动画制作；广告摄影；电视电影；动画特效；

9、能源化工领域：气相流，粒子测速系统；化学结晶过程；喷流，喷雾流体分析，燃烧过程；火焰分析；微通道流；

10、其他专业领域：跌落试验；振动分析；冲击分析；焊接；绕线；切削；压膜成型.印刷分析；瓶盖测试；烟草机械；运转动作分析或故障诊断，产品研发测试、力学弹性分析，放电分析等

11、高速粒子成像测速；瞬间物理现象；高速碰撞研究；显微高速成像；汽车碰撞测试；材料测试；张力测试；显微镜学；气囊膨胀实验；快速流体观测；喷雾成像分析；流体力学；燃料注入；电闸放电；燃烧过程分析;半导体质量控制;自然界和医学上的快速成像研究;弹道学；超慢动作电影剪切；高速生物学现象观测（肌肉收缩）；交通控制等等

产品特点

1、高速LVDS数字工业相机具有分辨率高、图像质量好,分辨率可达1280 x 1024、1600 x 1200、

2048×1536、2592×1944数字面阵CMOS感光芯片；

2、LVDS数据输出,图像稳定，色彩还原性好，比USB2.0速度更快；

3、所有均经过长时间测试,体积小,安装方便；

4、标准镜头接口(CS及C口)；

5、允许外触发,曝光时间可控；

6、采用5V供电，功耗小；

7、2000/XP、环境下的开发工具及演示程序，支持VC、VB、C++Builder、Delphi SDK。

审核编辑黄昊宇