工业相机飞拍原理

一、什么是工业相机的飞拍技术

工业相机飞拍技术是一项高效、快速、准确的图像采集和处理技术。是指在高速运动的物体，或场景中使用工业相机进行拍摄，实现高效、准确、稳定的图像采集和处理。

二、工业相机飞拍的实现原理

飞拍就是使用硬件比较输出或精准输出端口在极短时间内触发相机拍照，而被测物品在拍照过程中仍处于运动状态，与此同时被测物品通过图像处理软件计算出其位置的偏移量，执行机构获取视觉输出的偏移量后再做出相应的动作指令。

工业相机飞拍技术的实现原理主要基于两个方面：高速图像采集和精确图像处理。具体过程如下：

图像采集：通过高速传感器，在非常短暂的时间内获取运动过程中物体的图像，每秒钟可采集数百次图像。

处理算法：对采集到的图像进行处理，包括目标检测、特征匹配、数据滤波等环节，以准确捕捉运动物体的轨迹和相关信息。

工业相机的飞拍技术主要涉及高速图像采集、精确图像处理以及快速的硬件触发机制，该技术的原理和要求如下：

原理：高速图像采集，通过高速传感器在极短时间内捕获运动物体的图像，帧率非常高，可每秒采集数百次图像。精确图像处理，涉及目标检测、特征匹配、数据滤波等环节，以准确捕捉运动物体的轨迹和相关信息。快速硬件触发，利用硬件的比较输出或精准输出端口在极短时间内触发相机拍照，确保图像采集与物体位置同步。

要求：视觉飞拍功能不仅需要有硬件比较输出或精准输出功能做高速精准触发控制，而且要求相机的拍照响应时间快、曝光时间短、帧率高，软件处理时间要短。飞拍对相机的硬件配置有特定要求，包括全局快门相机、短曝光时间、高帧率相机以及外部触发拍照的I/O接口。全局快门相机能够在曝光瞬间捕捉整个图像，减少模糊；短曝光时间可以冻结快速移动的对象；高帧率确保能够以每秒数百帧或更高的速度进行图像采集；外部触发可以实现与其他设备或系统的同步。

三、工业相机飞拍技术的应用场景

工业相机飞拍技术广泛应用于快速自动化生产线、物流场景、质量检测等各种应用场景。例如，工业相机飞拍技术可用于高速流水线上的物体排序和计数；在物流仓储领域，可以用于货物体积、重量、尺寸等自动检测；在质检领域，可以用于检测产品缺陷、形状偏差等问题。

四、工业相机飞拍技术的性能优势

工业相机飞拍技术相对于传统的拍摄方式，具备以下性能优势：

高速度：每秒钟可采集数百次图像，并且可从不同角度、距离和光线下进行拍摄，以获取更加精确和全面的数据。

自动化：工业相机飞拍技术可以自动捕捉运动物体的轨迹和相关数据，不需要人工干预，提高了工作效率。

准确性：工业相机飞拍技术的图像处理算法具有较高的准确性，可以轻松捕捉到运动物体的轨迹、位置等数据。

稳定性：工业相机飞拍技术可以在高速运动的场景下保持图像的稳定性和清晰度，从而获得更好的拍摄效果。

五、工业相机如何实现飞拍

工业相机实现飞拍：使用触发，触发分外触发和软触发。一些标准高重复性的工作，如我们常见的工厂流水作业，产品都是标准件，由于长时间的重复性劳作，易使人工产生困乏、厌倦、漏判、误判的情况，通过自动检测系统，便可有效代替人工，避免人为带来的各种失误现像，在节约人工成本的同时，还能有效提高效率，保障产品标准的输出。

影响飞拍结果的主要参数：

1、分辨率：相机每次采集图像的像素点数（Pixels），对于数字相机一般是直接与光电传感器的像元数对应的，对于模拟相机则是取决于视频制式，PAL制为768*576，NTSC制为640*480，模拟相机已经逐步被数字相机代替，且分辨率已经达到6576*4384。

2、像素深度：即每像素数据的位数，一般常用的是8Bit，对于数字相机机一般还会有10Bit、12Bit、14Bit等。

3、最大帧率/行频：相机采集传输图像的速率，对于面阵相机一般为每秒采集的帧数，对于线阵相机为每秒采集的行数。

六、机器视觉飞拍与停拍对比

视觉停拍

        传统的视觉定位采取停拍的方式，即工件按照既定的轨迹运动，当运行到拍照点时，运动轴速度减为0停下来进行拍照、图像采集、运算处理、纠偏，待视觉系统处理完成后，继续完成接下来的轨迹运动。

视觉飞拍

        针对传统的视觉停拍，而造成生产效率不够高的问题。在某些生产效率高的应用场合，使用到视觉飞拍功能的很多。即机构按照既定的轨迹运动，当运行到拍照位时，运动轴不停止运动，瞬间完成高速抓拍的功能。整个过程中移动机构不停止，从而节省机构运行时间，满足效率，并且能保证运行精度。

实例分析

只要物体存在运动，拍摄就一定会存在拖影，那么如何判断飞拍项目能否使用？拖影是否会对飞拍造成影响呢？这就要看具体的检测精度要求了，例如对于尺寸测量的项目，拖影对测量精度会有严重影响，在这种情况下，就会要求拖影长度尽可能短，要求不超过1/3像素，或者不超过一个像素等；而对于识别、计数等相关的项目则对拖影的要求会相对宽些，这些要求一般情况下如此，并非绝对，集体需要看实际情况需求。

下面详细计算拖影和精度要求之间的关系。

拖影对飞拍不造成影响的条件为：曝光时间*物体运动速度 ≤ 运动方向精度需求

例如：相机现在的曝光时间是2000us，传送带运动的速度是100mm/s，使用的相机分辨率为2448*2048，视野范围是300mm*250mm，物体运动的方向是水平方向，精度要求拖影不超过1/2像素。此时的场景能满足飞拍要求吗？

曝光时间*物体运动速度=2000*100/1000000=0.2mm

水平方向像素精度要求为=300/2448*1/2=0.061mm

由于0.2mm>0.061mm，所以无法满足此飞拍运动场景的精度要求。

根据上面的公式我们就有了两种解决办法：

1、降低相机的曝光时间

根据上面例子继续计算，0.061m/100mm/s=0.00061s=610us

所以曝光降低到610us以下时，拖影就不会超过1/2像素，精度就能够达到要求。但是注意，降低曝光后需要加强光源亮度或调大光圈来让图片达到同一亮度。

2、降低传送带的运动速度

同理根据上面的例子继续计算，0.061mm/2000us=0.0000305mm/us=30.5mm/s

所以传送带速度降低到30.5mm/s时，拖影就不会超过1/2像素，精度就能够达到要求。

飞拍的拖影与被拍摄物体的运动速度、曝光时间强相关。除此之外，还可能与图像传感器有关系，一般来说，Sensor在进行电荷读出过程中，同时也还是在接收外部光信号的输入，形成寄生光电荷，通常用寄生光灵敏度（Parasitic Light Sensitivity，缩写为PLS）来表征。一旦PLS足够大，当前帧读出阶段所产生的寄生光，可能会在下一帧图像中形成影响，如边缘阴影或者过渡带。

PLS的问题无法根除，一般有两种方式减弱：

1、通过与机械快门的同步配合，通过减少读出阶段的进光量来减弱

2、选择PLS小的全局快门Sensor