工业相机是机器视觉系统中的一个关键组件，它最本质的功能就是将光信号转变成为有序的电信号。其应用原理是将产品或区域进行成像，然后根据其图像信息用专用的图像处理软件处理，根据处理结果，软件能自动判断产品的位置、尺寸、外观信息，并根据人为预先设定的标准进行合格与否的判断，输出其判断信息给执行机构。

随着智能工业的发展，自动化工厂对工业相机的应用越来多。工业相机一般安装在机器流水线上，代替人眼来做各种测量和判断，我们可将其比作自动化工厂的“眼睛”。选择合适的工业相机，是机器视觉系统设计中的重要环节，直接决定所采集到的图像分辨率、图像质量等，进而影响到工业生产效率。

工业相机与普通相机之间有些什么差异？我们从以下几个方面来做比较。

▶▷外观结构

从外观结构上来说，工业相机结构紧凑结实，不易损坏，连续工作时间长，且能在较差环境下使用；而普通相机通常外表美观，便携性较好，但无法连续工作24小时或更长时间。

▶▷帧率不同

考虑到拍摄对象的特殊性，工业相机的快门时间非常短，可以抓拍高速运动的物体。工业相机每秒可以拍摄十幅到几百幅图片，而普通相机只能拍摄2-3幅图像，相差较大。例如，把名片贴在电风扇扇叶上，以最大速度旋转，设置合适的快门时间，用工业相机抓拍一张图像，仍能够清晰辨别名片上的字体。而用普通相机来抓拍，是不可能达到同样效果的。

▶▷组成元件

在组成元件方面，两者的差异非常明显。工业相机由两大基本部件组成——图像感光芯片和数字化的数据接口。它追求采集图像的真实性，所以图像传感器将光信号转换成电信号后就直接存储或输出。它输出的是裸数据(raw data)，其光谱范围也往往比较宽，比较适合进行高质量的图像处理算法，比如工业视觉检测的应用。

 

▲相机的系统框图

 

而普通相机比如单反相机，还加入了单独的图像信号处理单元（ISP），ISP通过运算处理，对图像进行线性纠正、噪点去除、坏点修补、颜色插值、白平衡校正、曝光校正等处理美化，使图像能够讨好人眼的视觉观感。日常拍摄风景、人物，追求一些特殊的光影效果，普通相机绝对是不二选择，但这种美化加工是工业视觉检测的大忌。

 

举例来说，如果把图像比作食材，相机是加工食材的厨师，那么工业相机追求的是食材原本天然的味道，而普通相机则为食材加入了各种佐料，使其原本的味道中多了些其他口感。

 

03

FPGA，让工业相机“看”得更快

创新中心展示了一款浙江华睿科技有限公司的工业相机。该工业相机采用USB3.0接口，在保证最高5Gbps理论传输带宽的同时，使相机帧率达到815帧。这款工业相机使用了英特尔® Cyclone® V FPGA，利用FPGA强大的并行计算能力和一些图形图像处理库，可以同时处理大量的图像数据，性能更高，看得更快。比如展馆中所陈列的互动工具——反引力高速滴水装置，当装置中的水滴被高速弹射“飞”出，它可以拍摄到每一滴水珠的运动轨迹，且呈现完整清晰。如此一来，工业相机看清楚了物体运动的本质。

 

▲水滴拍摄

 

作为机器视觉系统的重要部分，工业相机在工业领域被精细化应用，通过视频检测及视频识别等用以辅助工业生产。在工业应用领域，工业相机作为机器视觉系统的“眼睛”，可以在各种恶劣环境下进行高速在线检测，同时还能够在长时间内不间断进行工作，比人眼识别有更多的优势，比如不怕恶劣环境、长时间工作、精度高、效率高等。从而，利用工业相机可实现节省时间、缩短机器停工期、提高生产效率和产品质量、减轻测试及检测人员工作强度、降低不良率等。而利用了FPGA的工业相机，则在工业生产中“看”得更快，效率更高。

▲工业相机的应用

 

如今工业4.0时代，智能制造正成为未来转型升级的重要环节。自动化工厂对其“眼睛”——工业相机的要求也必然会越来越高，比如更高的图像稳定性、更高的传输能力和更强的抗干扰能力等。而当下FPGA技术的应用，正满足了它的高要求。