适合高速物体跟踪的工业相机(图)
MV-D1024-Trackcam-适合高速物体跟踪的工业相机
在拍摄高速运动物体或瞬态变化过程时，需要用到高速工业相机。高速工业相机具有很高的拍摄速度，每秒钟可以拍摄几千帧甚至几百万帧，但高速相机价格都比较昂贵。对于有些应用，并不需要整个画面达到那么高的拍摄速度，而是画面中的某些部分需要高速拍摄，比如拍摄子弹出膛速度的应用，只需要拍摄子弹所经过区域的高速图像，那么这时候用高速相机就有些浪费了。
一般来说，高速相机分为一体式高速相机和在线式高速相机两种。所谓一体式高速相机，是指高速相机自带高速内存，拍摄的图像直接保存在相机自带的内存中，在拍摄完成后再下载到计算机中进行处理。这种高速相机的拍摄速度比较高，一般可以达到每秒钟几千帧，上万帧，甚至几十万帧。随着CMOS相机技术的发展，以及计算机接口传输速度的提高，另外一种类型的高速相机越来越引起人们的重视，这就是在线式高速相机。在线式高速相机由CMOS高速相机、高速图像采集卡和采集计算机构成，一般在全分辨率工作的情况下，可以达到每秒钟500帧。
一体式高速相机的厂商很多，比如美国的RedLake，德国的Optronis，日本的Photron等。这些厂家提供的高速相机都比较昂贵。相对于一体式高速相机，在线式高速相机在价格上具有很大的优势。在线式高速相机有CMOS高速相机，高速图像采集卡和计算机三大部分组成，如图：
在线式高速相机由于受到计算机接口速度的限制，其在全分辨率拍照时，能达到的最高速度受到很大的限制。目前市面上采用Camera Link Full接口的相机能达到每秒钟500帧的速度，如意大利Tattile的Tapix MBM1300@500，该相机的分辨率为1280*1024像素，采用Camera Link Full接口，最高帧速为每秒钟500帧。
瑞士Photonfocus公司也提供高速CMOS相机，如MV-D1024E-160-CL-12，该相机的分辨率为1024*1024像素，采用Camera Link Base接口，最高帧速为每秒150帧。由于采用了相机内置的图像校正算法，Photonfocus的CMOS相机能获得更高质量的图像，其图像采样精度能达到12bit。
在线式高速相机虽然在全分辨率的情况下，没有一体式高速相机的拍摄速度快，但对某些只需要高速传输整个图像中的一部分的应用，在线式高速相机提供了物美价廉的另一种选择。Photonfocus公司的CMOS相机采用特殊的数据读出总线，当选取图像中的一部分区域（Rigon Of Interest，简称ROI）时，可在横向和纵向两个方向提高图像传输速度，而其他厂商的CMOS相机，当选取ROI时，只有当纵向上的像素变小时，才能提供传输速度。下表是MV-D1024E-160-CL-12在不同分辨率下的拍摄速度：
|
分辨率 |
1024
X
1024 |
752
X
582 |
512
X
512 |
640
X
480 |
320
X
240 |
256
X
256 |
160
X
120 |
128
X
128 |
64
X
64 |
|
帧速 |
150 |
356 |
588 |
505 |
1941 |
2241 |
6995 |
7927 |
16090 |
从上表中可以看出，MV-D1024E-160-CL-12相机可以任意设置ROI以获得更高的拍摄速度。下面以拍摄子弹出膛速度来说明该相机的超凡功能。
以AK-47子弹为例，该子弹的口径为7.62mm，出膛速度大约为800米/秒。在拍摄子弹出膛时，相机与枪身垂直，假设我们要达到的测量精度为0.5mm，则子弹在画面纵向所占的像素数为7.62/0.5≈16，所拍摄的视场宽度为1024*0.5≈50厘米。假设按照32*1024来设置ROI，则相机能达到的最大拍摄速度为4567帧/秒。子弹以800米/秒的速度通过宽为50厘米的视场所需要的时间为50厘米/（800米/秒）≈0.6毫秒，则相机可以拍摄到4567帧/秒*0.6毫秒≈3帧。所以采用Photonfocus的高速CMOS相机可以完成子弹出膛速度、姿态的图像采集。
Photonfocus的MV-D1024E-160相机和Silicon Software的ME IV采集卡结合，可获得很高的性能。ME IV采集卡采用全FPGA设计，板上自带高速内存，能保证图像数据传输的流畅性。我们在测试的时候，将相机的ROI设置为128*128，曝光时间设置为10微秒，用ME IV可以获取每秒钟约8000帧的采集速度，而用国外某著名品牌的采集卡就不能达到这么高的采集速度。
Photonfocus的MV-D1024-Trackcam和Silicon Software的采集卡MicroEnable III Fast Configuration就是为这类应用专门定制的解决方案。我们知道，CameraLink接口的采集卡都是通过一个模拟RS232接口来控制相机、修改相机的参数，其数据速率只有9.6kb/s，所以不能实时修改相机的参数，比如ROI、曝光时间等。Silicon Software的采集卡专门针对Trackcam提供了一个40Mb/s的控制参数传输通道，所以每帧设置ROI、曝光时间和Linlog参数。
MV-D1024-Trackcam的分辨率为1024*1024，最高采集速度为75帧/秒，MV-D1024-Trackcam和MicroEnable III FC采集卡适合以下应用：
1. 高速运动物体的跟踪
2. 同时检测物体的不同区域
3. 需要每帧设置ROI、曝光参数和Linlog参数
4. 工业检测（激光焊接、激光检测、PCB检测）
5. 运动分析
6. 科学研究
北京科天健图像技术有限公司是瑞士Phtonfocus公司、德国Optronis公司在中国大陆及香港地区的独家代理。北京科天健图像技术有限公司专注于工业相机和机器视觉领域，主要代理的产品有高速CMOS工业相机、一体式高速工业相机、CCD工业相机、高端FPGA图像采集卡。公司自研产品曝光高速频闪灯、多台工业相机同步控制器。同时，公司还根据客户的需要，量身定制机器视觉解决方案。
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