工业相机基本知识解读：像元、帧率、数据接口等

工业相机（Industrial Camera）是一种专门为工业自动化和机器视觉应用而设计的成像设备，它不同于消费类相机（如手机、单反），主要追求的是成像稳定性、长时间可靠性、实时性和精确性。它通常与镜头、光源、图像采集卡、图像处理软件等一起构成机器视觉系统，用于检测、测量、识别、定位等任务。

1、工业相机的特点

成像稳定：能长时间稳定工作，满足24小时不间断采集。

高帧率：可以在极短时间内捕捉高速运动目标。

高分辨率：比消费相机更高的像素精度，用于检测微小缺陷。

低延迟：保证图像与工业控制系统实时联动。

数据传输接口专业：如GigE、USB3.0、Camera Link、CoaXPress，适配工业需求。

耐环境能力强：有的机型具备防尘、防震、防水设计。

2、基本参数

分辨率：指相机能够捕捉图像的像素数量，它影响着图像的细节程度和测量精度。通常面阵相机的分辨率用水平和垂直分辨率两个数字表示，如：1920（H）x 1080（V），前面的数字表示每行的像元数量，即共有1920个像元；后面的数字表示像元的行数，即1080 行。线阵相机的分辨率通常表示多少K，如1K（1024），2K（2048），4K（4096）等。选择时需要根据测量对象的特征和测量精度要求来计算所需的像素数量。

帧率：表示相机每秒捕获的图像数量（FPS），即相机采集和传输图像的速度。通常面阵相机用帧频表示，单位fps（Frame Per Second）。如30fps，表示相机1秒钟内最多能采集30帧图像。线阵相机通常用行频表示，单位KHz，如12KHz，表示相机1秒钟内最多能采集12000行图像数据。高帧率相机适用于快速运动物体的捕捉和分析。

像素深度：数字相机输出的数字信号，即像元灰度值，具有特殊的比特位数，称为像元深度。对于黑白相机，这个值通常是8-16bit。像元深度定义了灰度由暗道亮的灰阶数。例如，对于8bit的相机0 代表全暗而255 代表全亮。决定了图像的色彩范围和灰度级别。高像素深度相机能提供更丰富的色彩和更精细的灰度变化。

像元尺寸：像元的尺寸是每个像素的面积，也就是像元大小。像元尺寸大小和像元数（分辨率）共同决定了相机靶面的大小。

精度：检测的精准度，每个像素代表的实际物理尺寸。精度=单方向市场大小/相机单方向分辨率。

噪声：感光器件（CMOS/CCD）接收光线信号并输出的过程中所产生的图像中的粗糙部分。工业相机的噪声是指成像过程中不希望被采集到的、实际成像目标外的信号。

信噪比：输出信号中有用信号和噪声的比（dB）。

数据接口：在机器视觉检测技术中，当前工业相机的数据接口主要有GigE、USB3.0、CoaXPress、Cameralink、HSLink、10GigE，还有退居二线的IEEE 1394、USB2.0、LVDS、RS422、SDI等。 1）GigE：带宽可达到1000 Mbps，不需中继器最远可传输100米。 2）Cameralink：支持速率达2.3Gb/s。 3）USB3.0：最大信号传输速率可达5 Gbits/s。实际传输速率可达到 +350MB/s。 4）CoaXPress：一种非对称的高速串行通信数字标准，一根电缆最高传输率可达 6.25Gb/s，传输距离可达100米。 5）HSLink：最大带宽可达6000MB/s，支持即插即用。 6）10GigE：俗称万兆网，带宽可达到10000 Mbps，最远可传输100米。

动态范围：动态范围表明相机探测光信号的范围。对于固定相机，其动态范围是一个定值，不随外界条件变化而变化。在线性响应曲线上，相机的动态范围定义为饱和曝光量与噪声等效曝光量的比值，即动态范围=光敏元的满阱容量/等效噪声信号动态范围，可用倍数、dB 或Bit 等方式来表示。动态范围大，相机对不同的光照强度有更强的适应能力。

光谱响应性：工业相机的光谱响应特性是指该感光芯片对不同光波的敏感特性，一般响应范围是350nm－1000nm，一些相机在感光芯片前加了一个滤镜，滤除红外光线，如果系统需要对红外感光时可去掉该滤镜。

快门方式：工业相机有全局快门和卷帘快门。全局快门是所有像素同事曝光，适合运动的物体；卷帘是同一行上的像素同时曝光，不同曝光起始时间不同，适用于静止物体，图像不易偏移。

选择工业相机参数时，需要综合考虑应用场景，例如：

需要看清多小的细节？ → 决定 分辨率 和 像素尺寸。

物体移动速度有多快？ → 决定 帧率 和 快门类型。

相机距离计算机有多远？ → 决定 接口类型。

是否需要识别颜色？ → 决定是选择 黑白 还是 彩色 相机。

理解这些参数，可以帮助你更好地选择适合特定工业应用的相机。