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機器視覺『相機』Q&A

Q. 如何選擇適合的工業相機,有哪些要考慮的要素?

►答:

1. Sensor 種類選擇 (CCD/CMOS)

2. Pixel size

3. Trigger種類

4. 相機介面

5. 光譜感光度

6. 掃描速度

7. 解析度

8. 彩色/黑白

9. 訊號雜訊 (暗電流)

 

 

Q. Sensor 有哪些種類可供選擇?

►答:

1. 感光 Sensor有分 Area( 面型 ) 及 Line( 線型 )CCD 及線型 TDI 。而 Area( 面型 )CCD 依掃瞄方式分為 Interlace( 交錯式 ) 及 Progressive( 漸進式 )

2. 交錯式為一般較常用靜態取像檢測,若用動態取像需搭配閃光燈源作同步取像。然而 progressive( 漸進式 ) 適合於高速動態取像,光源亮度固定,而不會產生拖影現象。

3. 線型掃描為線條狀 sensor ,以一條一條掃描組合影像,因此需要與高精密的馬達控制。進行配合同步取像以達到精準,適合於高速及高精度大面積物體掃描。如:TFT 、 PDP 、 WAFER 、 PCB 、 WEB 、 PAPER… 等。

 

 

Q. Pixel size是什麼?

►答:

像素尺寸的大小,通常以μm來做單位,像素尺寸越大,代表感光度越好,影像訊息越多,接收到自物體的訊息越穩定解精度越高,也因此對鏡頭的MTF值(解像力)要求較不高,所以鏡頭好配,但相對的CCD價格成本較高。反之當像素越小,感光度較差,接收到物體影像代表訊息較容易遺失,因此需要較高MTF(解像力)的鏡頭搭配,但相對的sensor價格成本較便宜。

 

 

Q.「訊號」有哪些種類?

►答:

1. 類比式(Analog):目前最普遍,較有雜訊,但可直接接螢幕顯像。

2. 數位式:直接在CCD內部做數位轉換再直接輸出,因此訊號乾淨影像品質高,但需要用數位接收卡。

 

 

Q. 訊號介面有哪些種類?

►答:

1. 類比式:

  • 黑白:RS170(美規)、CCIR(歐規)。
  • 彩色:NTSC(美規) 、PAL(歐規)。

2. 數位式:

  • CoasPress:
  • CAMERA LINK:傳輸速率達到每秒2.6GB Bit,為目前市面上高速的新型介面,但傳輸距離約10米之外會產生訊號衰減。
  • IEEE1394:分為A Type,傳輸速率為每秒400MBit,最新B Type傳輸速率達到每秒800MBit。因傳輸品質比USB2穩定,已被工業界列為標準介面,不過A Type傳輸距離超過4.5米則訊號易衰減,但如用光纖傳輸傳輸距離更長。
  • LVDS:俗稱RS644,為早期數位介面,因每支CCD的接腳不同,因此線材製造種類太多成本太高已快速被CAMERA LINK取代,傳輸距離超過35米易衰減。
  • GIGANET:傳輸速率每秒可達1GB,透過Net傳輸,優點在於傳輸距離可至100米仍不會有訊號衰減的問題產生。
  • USB:

 

 

Q. 光譜感光度?

►答:

380nm~780nm之間為可見光譜,適合一般的檢測。380nm以下,稱為紫外波長(UV),適合做特殊無法看到的表面瑕疵及指紋細微影像。780nm以上稱為紅外線,穿透力高,對sensor感光敏感度好,所以適合做單色微光檢測。也因此在單色CCD如果在850nm以上仍有反應, 通常表示這支CCD Sensor感光度相當棒,但對彩色CCD容易干擾,造成顏色偏紅而不準確,所以通常在彩色CCD Sensor上會加上IR CUT濾片。

 

 

Q. 掃描速度?

►答:

1. Area scan 以frame(張)為單位表示,目前標準為每秒30張,高速的CCD可達每秒500張甚至更高,當然解析度大小會和取像速度成反比。

2. Line scan 以line rate表示,因此line rate(每秒掃描的速度)乘以每一個畫素代表的尺寸大小,則為每秒的取像長度。

 

 

Q. 解析度?

►答:

1. Area 是以水平像素數目乘以垂直像素數目,例如:640×480;1024×1024。

2. Line 則以單線畫像素數目,如:2K(2048);4K(4096);6K(6144)以及8K(8192)表示。

 

 

Q. 彩色CCD有哪些種類可供選擇?

►答:

1. Bayer Filter:在單色的Sensor前加裝Bayer Color Filter產生彩色影像,好處是價格成本較低,目前市面上最常用的方式。

2. 3 CCD:為最高級的,採用分光菱鏡將光分成R、G、B三原色在分別進行R、G、B Sensor內,產生最高品質的影像及色彩,當然成本相當高。

3. Triline彩色CCD:此款只有在LineScan Carmera才有,好處是色彩品質不錯,價格中等,但有Color Space問題。

 

 

Q. 訊號雜訊是什麼?

►答:

指影像訊/雜比值,通常以dB為單位,dB值越高表示雜訊越少,dB值越低表示雜訊越多,而雜訊的產生是因電流產生溫度,溫度提高則產生雜訊,或外部訊號干擾, 因此在雜訊抑制方面是一支CCD Carmera在Sensor及電子設計上很重要的能力表現。

 

 

Q. CMOS是什麼?

►答:

省電,體積小,低單價,速度及動態反應快,因此很適合工業高速檢測,但對光熱雜訊反應較敏感, 因此訊噪比會較差。但一般工業級大致上已克服這部分的問題,所以價格也不便宜, 如:BASLER A600系列與SONY XC55比較,影像品質較佳。