典型的机器视觉系统主要由光源、镜头、工业相机、图像采集卡或图像处理器，以及控制输出单元等硬件构成。其中，工业相机是机器视觉系统核心的组件，其本质的功能就是将光信号转变成为有序的电信号，再将该信号模数转换并送到处理器后以完成图像的处理、分析和识别。选择合适的工业相机是机器视觉系统设计的重要环节，工业相机类型不仅直接决定所采集到的图像分辨率、图像质量，同时也与整个系统的运行模式直接相关。
工业相机有多种分类方法，比较常见有：按感光芯片的类型分ccd（电荷耦合器件）和cmos（互补金属氧化物半导体），根据输出色彩分为黑白和彩色，按像元的排列方式可分为线阵和面阵，按成像维度可为二维（2d）和三维（3d）等。本文将针对这四类分法，研究和讨论工业相机的基本原理及技术发展。
工业相机接口标准详解
工业相机还被称作工业摄像头、工业摄像机、工业照相机等等。从其芯类型中被分为工业ccd相机和工业cmos相机，从其信号种类里又分为工业模拟相机、工业数字相机。工业相机已经被广泛应用于工业生产线在线检测、智能交通,机器视觉,科研,军事科学,航天航空等众多领域。
目前，市面上也出现了越来越多的工业相机，相机厂商都给出了大量的相机参数，比如：相机接口、芯片类型、量子效应、帧率等。一般非行业内人士，在面对这些参数时往往会无所适从。根据长期的相机使用经验，朗锐智科为大家总结出目前使用比较广泛的工业相机接口知识！
工业相机数据传输接口方式有很多种，包括coaxpress、cameralink接口、usb接口、gige接口等。
工业相机接口标准详解
（1）camera link接口。
1、需要单独的cameralink接口，不便携，导致成本过高。
2、camera link接口的相机，实际应用中比较少。
3、传输速度是目前的工业相机中快的一种总线类型。一般用于高分辨率高速面阵相机，或者是线阵相机上。
4、传输距离近。
（2）usb2.0接口
1、usb2.0接口的工业相机，是早应用的数字接口之一，开发周期短，成本低廉，是目前为普通的类型。
2、所有电脑都配置有usb2.0接口，方便连接，不需要采集卡；缺点是其传输速率较慢，理论速度只有480mb（60mb）。
3、传输速率低，糟糕的协议（bulk-onlytransport(bot)协议）与编码方式，数据只有30mb/s左右。
4、在传输过程中cpu参与管理，占用及消耗资源较大。
5、usb2.0接口不稳定，相机通常没有坚固螺丝，因此在经常运动的设备上，可能会有松动的危险。
6、传输距离近，信号容易衰减。
（3）usb3.0接口
1、usb 3.0的设计在usb 2.0的基础上新增了两组数据总线，为了保证向下兼容，usb 3.0保留了usb 2.0的一组传输总线。
2、在传输协议方面，usb3.0除了支持传统的bot协议，新增了usb attached scsi protocol（usap），可以完全发挥出5gbps的高速带宽优势。
3、由于总线标准是近几年才发布，所以协议的稳定性同样让人担心。
4、传输距离问题，依然没有得到解决。
（4）gige千兆网接口
1、千兆网协议稳定。
2、千兆网接口的工业相机，是近几年市场应用的重点。使用方便，连接到千兆网卡上，即能正常工作。
3、需要注意一些特殊的细节，如早期的ni的软件，可能对千兆网卡的芯片有要求，需要使用intel的芯片才可以正常驱动gige相机，而使用如realtek的芯片网卡，就无法响应。
4、在千兆网卡的属性中，也有与1394中的packet size类似的巨帧。设置好此参数，可以达到更理想的效果。
5、传输距离远，可传输100米。
6、可多台同时使用，cpu占用率小。
工业相机，机器视觉的心脏
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为有序的电信号。相比于市面上普通相机来说，具有更高的传输力、抗干扰力以及稳定的成像能力。它由两大基本部件组成：图像感光芯片和数字化的数据接口。
工业相机，机器视觉的心脏
图像感光芯片由数十万至数百万个像素组成，像素把光线的强度转换为电压输出。这些像素的电压被以灰度值的形式输出，所有像素放在一起就形成了图像，传送给计算机。工业相机数据接口主要有usb2.0\usb3.0、1394和千兆以太网这几种。相比于普通相机而言，它具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等优点，随着科技的日渐成熟，工业相机得到了飞速发展，成为机器视觉领域的不可缺少的组件。
工业相机，机器视觉的心脏
工业相机根据不同的标准可以有多种分类，例如按照输出信号的方式，可以分为模拟相机、数字相机；根据芯片类型的不同可以分为ccd相机与cmos相机两种，这种分类方式也是我们为常见的。这里面，ccd全称电荷耦合元件，cmos全称互补金属氧化物半导体，两者都是图像传感器，都是工业相机的精髓。
工业相机，机器视觉的心脏
选择合适的相机也是机器视觉系统设计中的重要环节，相机的不仅是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。选择工业相机时应注意:
1、根据应用的不同来决定是需要选用ccd 还是cmos， ccd 工业相机主要应用在运动物体的图像提取，cmos 工业相机一般应该在静止物体的拍图。
2、分辨率的选择，首先考虑待待测量物体的精度，根据精度选择分辨率。其次看工业相机的输出，若是体式观察或机器软件分析识别，分辨率高是有帮助的；若是vga 输出或usb输出，在显示器上观察，则还依赖于显示器的分辨率，工业相机的分辨率再高，显示器分辨率不够，也是没有意义的。
3、与镜头的匹配，传感器芯片尺寸需要小于或等于镜头尺寸，c或cs安装座也要匹配。
4、相机帧数选择，当被测物体有运动要求时，要选择帧数高的工业相机。但一般来说分辨率越高，帧数越低。
工业相机，机器视觉的心脏
随着国内自动化产业的迅猛发展，也为机器视觉带来了更为广阔的市场空间，而机器视觉系统的核心部件——工业相机也同样得到了巨大的发展。
工业相机，机器视觉的心脏
中国已经成为全球制造业的加工中心，高要求的零部件加工及其相应的先进生产线，使许多具有国际先进水平的机器视觉系统和应用经验也进入了中国。目前，工业相机的应用不管从技术上，还是在市场上，都得到了一定的进步。涉及到的领域众多，涵盖了工业、农业、医药、军事等国民经济的各个行业。
工业相机，机器视觉的心脏
在国内，目前机器视觉的主要应用大部分还是聚集在大规模的自动化生产领域，而一般情况下，这些领域对于成本是非常敏感的，资金投入方面还存在一定的局限性。现在的工业相机市场，从国外购进，价格只增不减；国内自行生产，因为技术的不断升级，成本不断增加，价格也出现了相应的升高。
因此，在未来的发展过程中，国内机器视觉市场需要的是低成本的工业相机。在赶超国际先进水平这段过程中，高性价比的工业相机是更适合中国机器视觉市场的。
4. 线阵相机和面阵相机
工业相机根据像元的排列方式可分为线阵相机和面阵相机，线阵、面阵相机都有各自的优点和缺点，适用于不同应用环境。
一文了解“工业相机”
图5 面阵相机（左）与线阵相机（右）
线阵相机，顾名思义是被测视野呈“线”状，它的传感器通常只有一行感光元素，以“线”扫描的方式连续拍照，再合成一张巨大的二维图像。在某些应用中，如高频扫描和高分辨率的场合，相比面阵相机，线阵相机具有特定的优势。举例来说，如图6，检测圆形或柱形物品时，可能需要使用多台面阵相机，才能覆盖到物品的整个表面。但如果我们将物品置于一台线阵相机前面，然后旋转物品，通过这种方式将图像展开，我们可以采集到整个表面的图像。而且，线阵相机也更容易安装到狭小的应用空间，比如在相机必须通过输送带上的滚轴来查看物品底部的情况。另外，相比传统面阵相机，线阵相机通常也能够提供更高的分辨率。由于线阵相机需要物品进行运动来创建图像，它们通常非常适合用于检测处于连续运动状态的产品。
一文了解“工业相机”
图6 线阵相机能够：（a）展开柱形物品以进行检测；（b）将视觉系统安装到空间狭小的应用环境中；（c）满足高分辨率检测要求；（d）检测处于连续运动状态的物品
相比线阵相机，面阵相机是以“面”为单位来进行图像采集，面阵相机的传感器拥有更多的感光像素，以矩阵排列。面阵相机可以一次性获取完整的目标图像，比线阵相机具有更快的检测速度。大多数常见的检测相机都基于面阵扫描，包括测量面积、形状、尺寸、位置，甚至温度，不过面阵相机每行的信息没有线阵多，帧幅率有限。相机像素通常用万为单位表示，以矩阵排列，比如1百万像素相机的像素矩阵为w x h（宽 x 高）=1000 x 1000。相机的分辨率是指一个像素表示实际物体的大小，用um x um表示，数值越小，分辨率越高。分辨率是由选择的镜头焦距决定的，同一种相机，选用不同焦距的镜头，分辨率就不同，如图7。在表现图像细节方面，不是由相机的像素多少来决定的，而是由分辨率决定的。同等分辨率条件下，像素越多，可以成像的区域面积越大。虽然清晰度并不是由像素决定，但是像素大的相机，可以减少拍照次数，从而提高了速度。
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