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【视学课堂】飞拍应用中的常见问题及解决方法

分类:
公司新闻
2021/12/23 19:05
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【摘要】:
       现代工业生产中,飞拍越来越多地被应用来完成视觉拍照工作。飞拍不仅可以节省时间,满足效率,还能保证运行精度。但如何运用好飞拍,有以下几个问题需要考虑:

一 、如何保证成像清晰?

1. 相机的选择
在2D机器视觉应用中,我们可将面阵相机按照曝光方式分为卷帘式快门(Rolling Shutter)和全局快门(Global Shutter)2种。其核心区别是卷帘曝光的相机则为逐行/每n行曝光成像,而全局曝光的相机为整个芯片同时曝光,这就导致在拍摄运动速度较快的物体时,卷帘相机由于每行像素依次曝光,原本的直线可能成为斜线甚至曲线,成像会失真,影响后续检测效果;



2. 曝光时间的设定
       由于飞拍应用场景下,拍照时物体处于运动状态,我们在设计视觉系统时就需要考虑消除成像时的运动模糊。在相机采集一张图片的曝光时间内,物体发生的位移超过了一个像素,就会导致运动模糊。位移越大,模糊越严重。所以我们只需要将曝光时间内物体的位移控制在一个像素以内,即可避免运动模糊现象。
       例如一项目:视野长边为200mm,相机分辨率为1280*960,物体运动速度为300mm/s,若要保证不出现运动模糊,先计算出像素当量为200mm/1280=0.156mm/pixel,则物体运动一个像素需要的时间为0.156mm/(300mm/s)=0.00052s=520μs,所以我们将曝光时间设置在500微秒以下即可。

二、如何保证图像亮度足够?

       在飞拍应用中,为保证成像时无拖影,曝光时间通常设置的比较小,一般需要通过其他方法使得图像亮度达到检测要求。
1. 像元尺寸
在其他条件相同的情况下,相机芯片的像元尺寸越大,图像亮度就越高,因此飞拍项目通常选择像元尺寸更大的芯片;
2. 镜头光圈
      在其他条件相同的情况下,镜头光圈越大,通光量越多,图像亮度自然也就越高,在调节时需要注意光圈对景深的影响;而不同品牌的镜头,最大光圈系数是不同的,在选型时也需要参考这一参数;



3. 光源亮度
在其他条件相同的情况下,光源亮度越高,图像亮度越高。而一般来说,相机像元与镜头光圈都是较为固定的参数,而光源亮度可提升的空间较大。普通光源配合数字控制器能够实现0~255的亮度调节,普通光源配合频闪控制器能够实现4倍于普通控制器的最高亮度,爆闪光源配合爆闪控制器能够实现8倍于普通控制器的最高亮度。



三 如何保证拍照位置准确?

       在高速飞拍的应用场景下,1ms的波动就可能导致mm级的误差,所以为保证拍照位置准确,电信号就成为飞拍时的信号首选。相机触发方式通常选择硬触发,响应时间最短。信号输出端可配合光电传感器、编码器差分信号+运动控制器的高速IO、伺服位置到达信号等位置可控的电信号,最大程度保证拍照位置准确。
 

       现代工业生产中,飞拍越来越多地被应用来完成视觉拍照工作。飞拍不仅可以节省时间,满足效率,还能保证运行精度。但如何运用好飞拍,有以下几个问题需要考虑:

一 、如何保证成像清晰?

1. 相机的选择
在2D机器视觉应用中,我们可将面阵相机按照曝光方式分为卷帘式快门(Rolling Shutter)和全局快门(Global Shutter)2种。其核心区别是卷帘曝光的相机则为逐行/每n行曝光成像,而全局曝光的相机为整个芯片同时曝光,这就导致在拍摄运动速度较快的物体时,卷帘相机由于每行像素依次曝光,原本的直线可能成为斜线甚至曲线,成像会失真,影响后续检测效果;

2. 曝光时间的设定
       由于飞拍应用场景下,拍照时物体处于运动状态,我们在设计视觉系统时就需要考虑消除成像时的运动模糊。在相机采集一张图片的曝光时间内,物体发生的位移超过了一个像素,就会导致运动模糊。位移越大,模糊越严重。所以我们只需要将曝光时间内物体的位移控制在一个像素以内,即可避免运动模糊现象。
       例如一项目:视野长边为200mm,相机分辨率为1280*960,物体运动速度为300mm/s,若要保证不出现运动模糊,先计算出像素当量为200mm/1280=0.156mm/pixel,则物体运动一个像素需要的时间为0.156mm/(300mm/s)=0.00052s=520μs,所以我们将曝光时间设置在500微秒以下即可。

二、如何保证图像亮度足够?

       在飞拍应用中,为保证成像时无拖影,曝光时间通常设置的比较小,一般需要通过其他方法使得图像亮度达到检测要求。
1. 像元尺寸
在其他条件相同的情况下,相机芯片的像元尺寸越大,图像亮度就越高,因此飞拍项目通常选择像元尺寸更大的芯片;
2. 镜头光圈
      在其他条件相同的情况下,镜头光圈越大,通光量越多,图像亮度自然也就越高,在调节时需要注意光圈对景深的影响;而不同品牌的镜头,最大光圈系数是不同的,在选型时也需要参考这一参数;

3. 光源亮度
在其他条件相同的情况下,光源亮度越高,图像亮度越高。而一般来说,相机像元与镜头光圈都是较为固定的参数,而光源亮度可提升的空间较大。普通光源配合数字控制器能够实现0~255的亮度调节,普通光源配合频闪控制器能够实现4倍于普通控制器的最高亮度,爆闪光源配合爆闪控制器能够实现8倍于普通控制器的最高亮度。

三 如何保证拍照位置准确?

       在高速飞拍的应用场景下,1ms的波动就可能导致mm级的误差,所以为保证拍照位置准确,电信号就成为飞拍时的信号首选。相机触发方式通常选择硬触发,响应时间最短。信号输出端可配合光电传感器、编码器差分信号+运动控制器的高速IO、伺服位置到达信号等位置可控的电信号,最大程度保证拍照位置准确。