工業相機規格解釋

淺談視覺選型

視覺應用在自動化領域中應用的相當廣泛,本篇會概略的介紹,視覺應用包含哪些內容,著手規劃一項視覺專案該注意哪些事情。視覺應用就是相機、鏡頭、光源的組合,琳瑯滿目的選擇當中,我們該如何選型,首先,我們可以先確認以下的資訊,並且了解專案的需求。

  1. 目標物的尺寸: 目標物的尺寸關乎相機的解析度的選擇。
  2. 目標物高度: 目標物如果是凹凸表面,即表示有高低差的話,那就必須要考慮到景深是否可以涵蓋。
  3. 檢測或量測的項目: 此項目將決定使用黑白或彩色相機,譬如關於色彩的檢測,就必須選擇彩色相機。此項目同時也影響鏡頭的選擇,譬如當我們是要做一項量測的專案,最好選擇變形量低的鏡頭(ex. 遠心鏡頭),以免量測誤差過大。
  4. 作業時間: 與相機的選擇有關,線陣(line scan)或者是面陣(area scan),一般來說線陣相機的影像品質較面陣相機佳,但取像時間較長。
  5. 視野(FOV): 視野即是透過鏡頭所捕捉到的影像畫面。

確認好需求後,接著可以開始挑選適合的相機及鏡頭,以下關於相機及鏡頭的名詞介紹:

工業相機

工業相機一般來說都會提供規格書來告訴我們各項參數(如下圖),以便我們去參考,在選型時前,我們要先知道這些參數代表的意義:

圖片參考來源: Basler(http://www.baslerweb.com/)

掃描方式: 相機分為面陣(area scan)及線陣(line scan)兩種掃描方式。線陣相機必須搭配運動掃描才可以獲得一張完成的影像,適用於面積較大的或是高檢測精度的應用。面陣相機則不需搭配運動掃描裝置即可取得完整影像。

解析度(resolution): 解析度決定影像系統處理精度的能力,通常以寬的點數x高的點數表示,ex: 2590 px * 2048 px

色彩: 工業相機分為灰階(mono)及彩色(color),一般情況都選擇灰階相機,有顏色檢測需求的話才會選擇彩色相機。

幀率(frame rate): 相機採集傳輸圖像的速率,對於面陣相機一般為每秒採集的幀數(Frames/Sec.),對於線陣相機為每秒採集的行數(Lines/Sec.)。

工作溫度: 相機本身的工作溫度設定有一定的範圍,若處於超標的環境中,相機可能會不正常運作或導致壽命減短。

訊號輸出介面: 目前市場上用的較多的輸出介面有三類,Camera Link、GigE、USB,規格如下表

  • 相機介面
  • 最大傳輸速率
  • 傳輸距離
  • 優點
  • Camera Link
  • 6.8Gbps
  • 10m
  • 傳輸速率高
  • GigE
  • 1Gbps
  • 100m
  • 傳輸距離長
  • USB 2.0
  • 480Mbps
  • 3m
  • 成本低、普及
  • USB 3.0
  • 5Gbps
  • 3m
  • 成本低、普及

鏡頭

  1. 接口: 大部分工業相機販售時是不含鏡頭的,所以在選擇鏡頭時要注意接口是否匹配,目前市面上以C-Mount和CS-Mount的規格及種類比較齊全,其他還有像F-Mount等特殊的接口形式。
  2. 光圈: 光圈是指鏡頭所容許的進光量,調整光圈可以控制景深及鏡頭的成像。光圈大小用f值表示:光圈對影像的影響:f值越小、光圈越大、進光量越大,景深越小。(如下圖)
  3. 視角: 鏡頭的可視角度,一般用mm表示,視角的選擇會根據工作距離及焦距等因素來做決定。
  4. 焦距: 鏡頭光學聚焦點,被攝物在此距離時影像達到最清晰的狀態。
  5. 景深(DOF, Depth of field): 指相機對焦點前後相對清晰的成像範圍
  6. 變形(Distortion): 變形是指鏡頭在鏡片曲面下造成的影像失真,這是透鏡的特性,無法消除,只能改善,所以特別是在量測方面的應用,就必須慎選鏡頭,否則量測的結果會與實際有落差。
  7. 工作距離(WD, Working Distance): 鏡頭最下緣處到目標物的距離。

結語

以上是一些相機鏡頭的的基本知識,及在選型時需要注意的事項,讓有興趣的初學者能快速的了解視覺應用概括的內容。