目 ½
第
1
章 搭建机器视觉处理平台..................................................................................
1
选择相机
....................................................................................................................... 1
1.1.1
扫描类型(Scan
type) ........................................................................................ 1
1.1.2
相机分辨率(Camera
Resolution) ..................................................................... 2
1.1.3
相机的图像传输方式
....................................................................................... 3
1.2
选择图像采集板卡
....................................................................................................... 5
1.3
选择½件处理平台
....................................................................................................... 6
1.3.1
超高性价比的学习平台
................................................................................... 7
1.1
i
第1章 搭建机器视觉处理平台
1.1
选择相机
光源选择½了以后，下一步就是选择相机。通常，在工业相机的说明书上，会出现这样
的指标，如图
2.1
所示。
图
2.1
工业相机指标(来自
www.ni.com)
下面本文将详述工业相机常见的指标，以帮助大家选择合适的相机。
1.1.1
扫描类型(Scan
type)
相机中的成像元件是
CCD
芯片。如果
CCD
芯片只有一行感光器件(如图
2.2
左所示)，
换句话说，每次只½对物½的一条线进行成像，那么，这种扫描类型成为线扫描(line
scan)，
这样的相机称为线阵相机。
如果
CCD
芯片的感光区是个矩½阵面(如图
2.2
右所示)，
换句话
说，每次½对物½进行整½成像，那么，这种扫描类型成为面扫描(line
scan)，这样的相机
称为面阵相机。
图
2.2
面阵
CCD vs.
线阵
CCD
面阵相机的优点是价格便宜，处理方面，可以直接获得一幅完整的图像。线阵相机的优
点是速度快，
分辨率高，
可以实现运动物½的连续检测，
比如传送带上的滤波等带状物½(这
种情况下，面阵相机很难检测)；其缺点是需要拼接图像的后续处理。图
2.3
给出了线阵相
机的一个成像实例，以帮助大家更½的理解线阵相机的成像过程。
1
图
2.3
线阵相机成像实例
按 照 扫 描 方 式 不 同 ， 面 阵 相 机 还 可 以 分 为 隔 行 扫 描
(Interlaced scan)
和 逐 行 扫 描
(Progressive Scan)。
隔行扫描方式下一幅完整图像分两次显示，
首先显示奇数场
（1、
5……）
3、
，
再显示偶数场（2、4、6……）
，如图
2.4
所示。
奇数场
偶数场
+
帧
=
图
2.4
隔行扫描成像过程
隔行扫描相机的优点是价格便宜，½由于隔行扫描方式是先扫奇数场，再扫偶数场，所
以隔行扫描相机在拍运动物½的时候容易出现锯½状边缘或叠½。
逐行扫描相机则没有上述的缺点，由于所有行同时曝光，不会分先后，所以在拍摄运动
图像画面清晰，失真小。其½参数相似的情况下，逐行扫描相机要比隔行扫描相机贵。
1.1.2
相机分辨率(Camera
Resolution)
分辨率是½响图像效果的重要因素，
我们一般用水平和垂直方向上所½显示的像素数来
表示分辨率，例如
640×480。该值越大图½文件所占用的磁盘空间也就越多，从而图像的细
节表现得更充分。
与分辨率联系非常紧密的参数是视场(Field
of View)和特征分辨率(Feature Resolution)，
如图
2.5
所示。视场是指½拍摄到的范围，特征分辨率是指½分辨的实际物理尺寸。
2
图
2.5
视场和特征分辨率
NI Vision Module
中的图像算法要求，物½最小的特征需要两个像素来表示，根据视场
和相机分辨率，我们可以计算出特征分辨率。计算特征分辨率的公式为：
特征分辨率
=
视场/分辨率
* 2
例如：
相机分辨率为
640 x 480，
横向的视场是
60mm，
那么在横向的特征分辨率为：
60/640*2
= 0.1875 mm。
1.1.3
相机的图像传输方式
按照不同的图像传输方式，相机可以大略的分为模拟相机和数字相机。
1．
模拟相机
模拟相机以模拟电平的方式表达视频信号，
如图
2.6
所示。
模拟相机现在½用非常广泛，
其优点是技术成熟、成本½廉、对应的图像采集卡价格也比较½。8-bit 的图像采集卡可以
提供
256
级的灰度，对于大部分的图像应用已经足够了。
图
2.6
模拟视频信号
模拟相机有四个非常成熟的标准：PAL、NTSC、CCIR 和
RS-170，如表 2.1
所示。里面
需要关注的参数有帧率、½色/黑½、分辨率。
表
2.1
模拟相机标准
标准
PAL
NTSC
CCIR
RS-170
½用地
欧洲
美½、日本
欧洲
美½、日本
帧率 帧/秒
25
30
25
30
½色/黑½
½色
½色
黑½
黑½
分辨率
768×676
640×480
768×676
640×480
3
由表
2.1
可以用看出，
不同的标准对应不同的参数，
这些参数必须正确告知图像采集卡，
才½获得准确的图像。在
NI Measurement & Automation
相机模拟图像的输出格式来配½图像采集卡，如图
2.7
所示。
中，可以根据
图
2.7
配½图像采集卡
模拟相机也有一些缺点，比如帧率不高，分辨率不高等等。在高速、高精度机器视觉应
用中，一般½会考虑数字相机。
2．
数字相机
数字相机先把图像信号数字化后通过数字接口传到电脑中。常见的数字相机接口有
Firewire、CameraLink、GigE
和
USB。
Camera Link
是一个工业高速串口数据连接标准，它是由
National Instruments、摄像头
供应商和其他图像采集公司在
2000
年
10
月联合推出的，它在一开始就对接线、数据格式、
触发、相机控制等做了考虑，所以非常方便机器视觉应用。Camera
Link
的数据传输率可达
1Gbits/s，可提供高速率、高分辨率和高数字化率，信噪比也大大改善。Camera Link
的标准
数据线长
3
米，
最长可达
10
米。
如果您是高速或高分辨率的应用，
Camera Link
肯定是首选。
Firewire
即
IEEE1394，开始是为数字相机和 PC
连接设计的，它的特点是速度快
(400Mbits/s)，通过总线供电和支持热插拔。另外值得一提的是，如果 PC
上自带
Firewire
接
口，那么不需要为相机额外购买一块图像采集卡了，这在成本上也是一种优势。
GigE，即千兆以太½接口，它似乎综合了高速数据传输和远距离的特点，而且电缆便
宜(½线)。缺点是支持这种接口的相机型号比较少，选择有限。
USB
相机较多的用在娱乐上，比如
USB
摄像头，USB 工业相机型号也比较少，在工业
中的½用程度不高。½正是因为
USB
摄像头超级½廉（不到
100
元人民币）
，所以本文把
USB
摄像头½为机器视觉学习的硬件平台，这样可以方便大家以½廉的成本进入机器视觉
4
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