工业相机丢帧的原因
在机器视觉系统中,许多视觉应用遇到了工业相机引起的帧丢失,严重影响了后续的图像处理。这是什么原因?如何解决这个问题?主要原因有三:
工业相机丢帧的原因
首先,可视化软件的原因
主要查看图像空间等待可视化软件进行计算,是否存在缓冲机制,以增加图像缓存的缓冲时间,从而可以处理程序的操作。如果图像在稳定操作下比CPU的整体处理速度更快地进入,则当缓存过载时,将发生帧丢失。
第二,工业相机本身
图像传感器首先将图像传送到工业相机的芯片,然后传送到PC。如果PC系统太忙而不能及时处理接收到的图像,并且图像传感器继续传送新图像,则工业相机必须有足够的存储器缓存,否则它将导致帧丢失。
第三、PC系统硬件原因
这里,PC硬件驱动程序有偏差。对于PC机来说,重要的事情是驱动程序的效率和CPU中内核模式的线程数。接收效率不高,工业相机没有足够的缓冲存储器。帧丢失也会发生。
工业相机出现掉帧现象的原因是数据通道被阻塞,无法进行技术处理。因此,当捕获新图像时,可以强制丢弃先前图像,或者强制丢弃新图像。为了解决这个问题,设计者需要精确地设计驱动和工业相机硬件数据传输的每个部分。
工业相机出现掉帧现象的原因是数据通道被阻塞,无法进行技术处理。因此,当收集新图像时,可以强制丢弃先前的图像,或者强制丢弃新图像。一般来说,工业相机的帧丢失与工业相机所使用的传输接口无关。无论是USB、1394、GigE还是相机链接,设计不当的驱动程序或工业相机硬件都是帧丢失的真正原因。原因。
如何解决帧丢失问题?
为了解决这个问题,设计者需要精确地设计驱动和工业相机硬件数据传输的每个部分。有三个地方阻止图像数据:
1、工业相机的一部分
图像传感器将图像传输到相机上的USB芯片,将USB传输到PC,如果PC系统忙于处理接收到的图像,并且图像传感器继续传输新的图像数据,则工业相机必须有足够的存储器缓冲区,反之亦然。
2、可视化软件程序部分
该可视化软件具有用于等待所计算的图像空间的缓冲机制,以便增加图像的缓冲以获得缓冲时间,从而可以处理程序的操作,但是如果操作稳定,则CPU的整体处理速度更快。比图像。速度很慢,当缓存总是超载时,就会出现帧丢失。
3、硬件PC系统部分
这部分偏向PC硬件驱动程序,与可视化软件程序无关。PC机接收的关键是驱动程序的效率,在内核模式下有多少线程处于CPU时间,接收效率不高,工业相机没有足够的缓冲存储器会导致帧丢失。
工业相机具有非常快的帧速率。事实上,只要有足够的容量来调整系统的“临时”忙碌,工业相机缓存就不会像PC程序那样扩大规模。USB工业相机将丢弃帧。只有一种情况,机器视觉软件比工业相机图像慢。软件缓存已满,无法存储新图像。但这是系统数据,而不是工业相机掉数据。在这种情况下,不管使用1394接口、USB接口或GigE接口的工业相机,任何接口的工业相机都将得到相同的结果。
因此,在购买工业相机时,必须详细检查其参数,并选择项目的实际要求,以避免发生掉帧事件。
工业相机行业的产业链覆盖全球
目前大多数工业相机都采用GbE介面,除了成本低廉外,容易与工业电脑介接,组成庞大复杂的自动化系统也是其一大优势。搭载USB3.0的工业相机也因为同样的理由,而在市场上越来越受到欢迎。
至于智能相机,本质上已经是一台迷你型工业电脑。以朗锐智科的PCM-6410工业相机为例,除了光学、影像感测器、数位讯号处理器等相机的元素外,该相机还搭载第7代英特尔®酷睿™处理器,可以直接在相机上执行各种视觉演算法。这种智能相机具备体积小、部署简单的优势,适合用在小规模自动化系统,或是与机器手臂结合,引导机器手臂作业。
工业相机主要包括镜头、感光传感器、网络芯片编码器、滤光片等。目前全球镜头厂商主要有:富士能、施耐德、卡尔蔡司、东正光学、普密斯;CMOS/CDD的生产厂商有日本索尼、日本松下、美国Aptina;网络芯片编码器生产厂商有:华为海思、美国TI、台湾智源、NXP等;而整机厂商有:中国海康、大华、云从、大恒等,国外Sony、BASLER、BAUMER等。
了解工业相机的控制点
工业相机又俗称摄像机,相比于传统的民用相机而言,它具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等,市面上工业相机大多是基于CCD或CMOS芯片的相机。从一下几个控制点去选择相机,一切尽在你的控制之中。
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相机品牌
虽然大多数的厂商都推出了全系列产品,但是每个品牌都有擅长的地方,选择该品牌的明星产品往往性价比高,可靠性好。
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分辨率
分辨率指的是图像传感器中所包含的像素点数,通常用长*宽表示。我们常说多少万像素相机就是由分辨率计算得来的。比如分辨率 1280pixel*1024pixel,1280*1024=1310720,就是130万像素的相机。分辨率在一定意义上决定了机器视觉系统能够达到的精度。
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快门
快门是相机中用来控制光线照射感光元件照射时间的装置。在工业相机中一般有两种快门方式:全局快门和卷帘快门。要点是如果需要动态取像一定要选全局快门,卷帘快门只能用于静态取像。
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帧速率
帧速率是指每秒钟采集图像的帧数,比如 30 fps ,可以算出理论上采集一张图片需要的时间是1000 ms/30 fps=33.3 ms,这个时间是要算在整体检测节拍中的。
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图像传感器
图像传感器是相机中的感光元件,可以将光学图像转换成电子信号,主要分为 CCD 和 CMOS。
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连接镜头的接口
相机的接口用于连接相机和镜头,主要有C口、CS口、F口。选择匹配的工业镜头接口即可,一定要在选型的时候就考虑到这个问题,如果接口不一样要加转接环。
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传输接口
传输接口指的是相机传输图片的方式,目前常用的有GigE,USB3.0,CameraLink等,接口不同也会影响到采集速度。
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相机颜色
相机分为彩色相机和黑白相机,通常情况下只有在需要识别颜色的情况下选择彩色相机,其他时候一律选黑白相机。因为很多视觉工具都是在黑白图像上处理的,如果选了彩色相机还需要转换成黑白图像再运算,这个过程往往会降低画质,索性一开始就选择黑白相机更好。
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相机维度
按照维度相机可以分为2D相机和3D相机,3D相机可以得到高度信息,其他情况用2D相机就可以解决了。
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相机的系统
相机的系统有两种:智能相机系统和 PC-Based 系统。智能相机系统集采集图像,处理图像于一体,结构紧凑,使用方便,价格略高。PC-Based 系统是用工业相机采集图像,PC处理图像,可以同时将多台相机集成在一个视觉系统里,可以二次开发定制软件。
从性价比上来说,如果是单台相机200万像素以下的需求建议选择智能相机,如果是多台相机或单台200万以上像素相机建议选择 PC-Based 系统。
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选择相机的时候,经常的问到选择CCD好还是CMOS好?这个要从它们的历史说起,初 CCD的成像质量的确明显优于CMOS ,但是过几年的发展,CMOS已经达到了CCD同样的成像质量而且制造成本更低,所以未来一定属于CMOS。
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关于图像传感器,我们主要需要了解的是芯片的尺寸,选择镜头的时候会用到。芯片的结构,这决定了相机是线阵相机还是面阵相机。芯片的型号也至关重要,好的芯片相机成像质量好。
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需要注意的是选对配件:
1、选择和接口相同的图像采集卡, GigE就配千兆网卡, CameraLink就配 CameraLink卡。
2、连接的线缆,接口要匹配,长度要确定,如果走线需要走坦克链一定要配高柔耐折弯的线缆,并且要带螺丝锁在接口上以免运动久了掉落或接触不良。
一、什么是工业相机
工业相机是机器视觉系统中的一个关键组件,其本质的功能就是将光信号转变成有序的电信号。选择合适的相机也是机器视觉系统设计中的重要环节,相机的选择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。
二、工业相机在机器视觉系统中的地位和作用
关于机器视觉工业相机,看这篇就好
功能:光信号转变成有序的电信号
三、工业相机的主要参数:
1. 分辨率(Resolution):
分辨率指的是每次采集图像的像素点数(Pixels),通常用长*宽表示。我们常说多少万像素相机就是由分辨率计算得来的。比如分辨率 1280pixel*1024pixel,1280*1024=1310720,就是130万像素的相机。分辨率在一定意义上决定了机器视觉系统能够达到的精度。
关于机器视觉工业相机,看这篇就好
2. 像素深度(Pixel Depth):即每像素数据的位数,一般常用的是8Bit,对于数字相机机一般还会有10Bit、12Bit、14Bit等。
3. 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.),对于线阵相机为每秒采集的行数(Lines/Sec.)。
4. 曝光方式(Exposure)和快门速度(Shutter):
对于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,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。数字相机像元尺寸为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。
7.接口类型:有Camera Link接口,以太网接口,1394接口、USB接口输出,目前的接口有CoaXPress接口。
关于机器视觉工业相机,看这篇就好
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,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是目前机器视觉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。
关于机器视觉工业相机,看这篇就好
四、相机分类
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。区别
1、工业相机的性能稳定可靠易于安装,相机结构紧凑结实不易损坏,连续工作时间长,可在较差的环境下使用,一般的数码相机是做不到这些的。例如:让民用数码相机工作24小时或连续工作几天肯定会受不了的。
2、工业相机的快门时间非常短,可以抓拍高速运动的物体。
例如,把名片贴在电风扇扇叶上,以速度旋转,设置合适的快门时间,用工业相机抓拍一张图像,仍能够清晰辨别名片上的字体。用普通的相机来抓拍,是不可能达到同样效果的。
3、工业相机的图像传感器是逐行扫描的,而普通的相机的图像传感器是隔行扫描的, 逐行扫描的图像传感器生产工艺比较复杂,成品率低,出货量少,世界上只有少数公司能够提供这类产品,例如Dalsa、Sony,而且价格昂贵。
4、工业相机的帧率远远高于普通相机。
工业相机每秒可以拍摄十幅到几百幅图片,而普通相机只能拍摄2-3幅图像,相差较大。
5、工业相机输出的是裸数据(raw data),其光谱范围也往往比较宽,比较适合进行高质量的图像处理算法,例如机器视觉(Machine Vision)应用。而普通相机拍摄的图片,其光谱范围只适合人眼视觉,并且经过了mjpeg压缩,图像质量较差,不利于分析处理。
6、工业相机(Industrial Camera)相对普通相机(DSC)来说价格较贵。
五、企业应用如何选择
工业相机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。
1、通常您首先需要知道系统精度要求和相机分辨率,可以通过公式:
X方向系统精度(X方向像素值)=视野范围(X方向)/CCD芯片像素数量( X方向)
Y方向系统精度(Y方向像素值)=视野范围(Y方向)/CCD 芯片像素数量( Y方向)
2、当然理论像素值的得出,要由系统精度及亚像素方法综合考虑;接着您要知道系统速度要求与相机成像速度:
系统单次运行速度=系统成像(包括传输)速度+系统检测速度
虽然系统成像(包括传输)速度可以根据相机异步触发功能、快门速度等进行理论计算,的方法还是通过软件进行实际测试。
3、再接着您要将相机与图像采集卡一并考虑,因为这涉及到两者的匹配:
视频信号的匹配:对于黑白模拟信号相机来说有两种格式,CCIR和RS170(EIA),通常采集卡都同时支持这两种相机;
分辨率的匹配:每款板卡都只支持某一分辨率范围内的相机;
特殊功能的匹配:如要是用相机的特殊功能,先确定所用板卡是否支持此功能,比如,要多部相机同时拍照,这个采集卡就必须支持多通道,如果相机是逐行扫描的,那么采集卡就必须支持逐行扫描。
接口的匹配:确定相机与板卡的接口是否相匹配。如CameraLink、GIGE、CoxPress、USB3.0等。
4、在满足您对检测的必要需求后,后才应该是价格的比较。
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。