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工业相机线束厂家和大家一起聊聊工业相机

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工业相机线束厂家和大家一起聊聊工业相机

点击次数:      发布日期: 2020/07/15

工业相机线束厂家向大家介绍工业相机。说到工业相机,首先我们工业相机接口。

说起工业相机的接口,主要有两种:分别是镜头接口和数据接口。前者指的是相机连接镜头的机械接口,后者指的是连接数据线的电气接口,见下图所示。需要注意的是,在向相机厂家的技术人员咨询关于相机的技术问题时,一般不问:“这个相机是什么接口的?”这样很容易让对方误解,因为他不知道你问的是数据接口还是镜头接口。

工业相机,顾名思义,就是指应用在各种工业领域的成像相机。它和我们日常使用的单反不一样,主要区别在于面对的消费群体不同。然而从本质上说,工业相机的成像原理和单反是相同的,它也包括相机本体和对应的镜头,只是我们在说“工业相机”的时候,通常是不包括其镜头的,它一般是下图这个样子,我们也称为“裸机”。

工业相机用于电子元件检测已经有几十年历史。计算机、手机或电视等各种电子设备的电路中都包含大量的电子元件,并且使用的电子元件越来越紧凑,生产周期也越来越短。这些使得在生产期间和之后都必须使用工业相机系统检查这些元件。这些有源元件是在半导体晶圆上制造的。诚然,单晶圆的密度和结构复杂度在逐年增加,对质量控制的要求也越来越高,因此相机监测系统也随之发展起来。

一般来说,工业相机为了增强适应性,它所搭配的镜头一定是需要根据不同的应用场合来更换的。因此,需要建立工业相机和镜头之间连接安装的通用标准。只有这样,生产工业相机的厂家和生产镜头的厂家才可以按照统一的标准来生产对应的产品,以确保它们之间可以完美安装和匹配

工业相机非常适合电子元件行业的各种应用。

其特点包括:

高质量感光芯片

高帧速率、高分辨率、高速成像

低功耗,稳定性强;

小体积,重量轻,行业通用固定孔;

那么工业相机的镜头接口有哪些呢?从大的分类来看,可以分为螺纹接口和卡口两类。其中螺纹接口这个类别中,最常用的是C,CS,M12,M42,M58这五种。

使用C口和CS口的工业相机。这两个接口非常相似,他们的接口直径、螺纹间距都是一样的,只是法兰距不同。所谓法兰距,也叫做像场定位距离,是指机身上镜头卡口平面与机身曝光窗平面之间的距离,即镜头卡口到感光元件(一般是CMOS或CCD)之间的距离。C接口的法兰距是17.5mm,而CS接口是12.5mm。因此,对于CS接口的相机,如果想接入C接口的镜头,只需要加一个CS-C的转接环就行了(该转接环的厚度是5mm)

M12接口,这个接口对应的数字12,指的是接口直径是12mm(所以,举一反三,M42的直径是42mm,M58是58mm)。由于M12的直径比较小,因此这个接口一般在微小工业相机上才会使用,例如无人机上搭载的相机一般用的都是这种接口的镜头

下图是M42和M58的工业相机实物,由于这种接口的直径比较大,它们一般用在大靶面的工业相机甚至线扫相机上。

关于卡口这个类别,我们相对比较熟悉,因为现在的单反相机基本上用的都是卡口,最常见的是尼康的F口和佳能的EF口等等。如下图所示,它们从外观上看并不容易区分,最大的区别是法兰距不同:F接口镜头的法兰距比EF接口要长。

不要小看F口和EF口在法兰距上的区别,这会导致什么结果呢?如果您的相机是F接口,这会导致EF接口的佳能镜头无法使用(即便装上也无法清晰对焦和成像);而如果您的相机是EF接口的,那么无论是F口还是EF口的镜头,都是可以使用的。当然,此时如果您需要使用F接口的镜头,则需要加装一个转接环即可,淘宝上一大把,只需要几十元,很容易买到,如下图所示。(关于镜头转接环,种类非常非常多,同时又很复杂,我以后会专门写一篇相关的文章,把这个问题掰扯清楚。

在工业相机这个特定领域,尼康F接口最为常见。并不是说佳能EF接口的镜头成像质量不如尼康镜头(我觉得恰恰相反,例如佳能有很多经典的红圈镜头,其光学指标独步天下)。我怀疑这可能是由历史原因造成的:如果您留意一下不难发现,佳能公司生产的镜头基本上都是自动镜头(就是尾部带有电子触点的镜头,它的内部含有变焦和对焦的控制电机),这些镜头主要面向的就是持有单反的普通消费者。而在工业相机的应用领域,往往不需要自动镜头。而尼康公司在这方面做的不错,它顺应了工业领域的需求,有相对较多的纯手动镜头产品可以选择。在同样的生产成本下,如果镜头中能够省去了自动控制的机械和电路部分,则可以把更多的费用集中在光学性能的提升方面。由于尼康公司的镜头产品兼顾了工业应用这个消费群体,相应的工业相机中使用F接口的比例就很大。

此外,镜头的接口种类还有很多,例如:老式镜头的PK口、施耐德V口、以及各种微单接口等,由于这些接口用的并不多,因此本文就不再涉及。

所谓数据接口,是工业相机为了向主机(一般是工控计算机)传输图像数据时所采用的一种电气接口(除了硬件接口以外,当然也要有配套的数据传输协议规范)。相机的数据接口比镜头接口要重要得多!因为它直接决定了这款相机核心的性能指标以及它的适用范围。例如,如果你想要远距离大范围布设监控相机,那么网络接口就是比较合适的方案;如果你想要使用高帧频和高分辨率相机,而传输距离又不远,那么CoaXPress或Camera Link接口就应该纳入重点考虑范围。

工业相机的数据接口可以分为“数字接口”和“模拟接口”两大类。前者传输的是数字信号,后者是模拟信号。数字信号相较于模拟信号来说有很多优点,比如抗干扰能力强、易于加密、便于后续处理等等。因此,现有的高端工业相机无一例外全部采用的是数字接口。当然,模拟接口也有它自身的优势(主要是便宜、性价比高),常见于中低端的监控设备中,短时间内并不会淘汰。图1是最常见的模拟接口——BNC接口(Bayonet Nut Connector,刺刀螺母连接器,名字很霸气,也有称为“卡口螺母连接器”)

工业相机的数字接口主要包括以下几类:Camera Link接口、IEEE 1394接口、USB接口、网络接口、CoaXPress接口。本文重点介绍 Camera Link接口


从Camera Link接口的名字就可以看出来,这个接口是专门针对工业相机(camera)的特殊应用需求(图像的数据量大、带宽要求高)而研发出来的,因此,它的传输速度肯定是比较快的,这也正是Camera Link接口最主要的优点之一。

为速度而生的Camera Link 诞生始末:上世纪90年代末,一种叫做Channel Link(简称C-Link)的芯片组在美国国家半导体实验室成功诞生。使用这种芯片的接口可以将原来只有250Mbit/s的传输速度,经过并行处理后提高到6.4Gbit/s,并且成本几乎不变。从而成为了不需要增加线缆数量就能提高数据吞吐量的完美替代方案。Channel Link使用LVDS信号模式(Low-voltage differential signaling,低压差分信号),配置有3个、4个或者8个芯片组并行传输数据,以及每个通道独立配置的同步时钟。其中3通道芯片组具有21个用于用户界面的单端输入和输出,而4通道芯片组具有28个单端输入和输出,8通道芯片组具有48个单端输入和输出。你可以简单理解为双向两车道、双向四车道和双向八车道。2000年,Channel Link在美国自动化工业学会AIA的推动下,进化为专为科学级、工业级视觉产品使用的行业标准,包括相机、线缆以及图像采集卡,由此摇身一变成为Camera Link。Camera Link本质上就是使用4通道芯片组的Channel Link版本,总吞吐量为2.38Gbit/s。在此基础上还可以并行放置3个芯片组,总吞吐量极限可超过7Gbit/s。自此,有了如此快速的数据接口,相机再向更高分辨率和更高帧速发展的时候就再无后顾之忧。

根据相机实际带宽需求的不同,Camera Link采集卡从传输速度上也可以分为以下四类(带宽依次增加,且向下兼容):Base(2.0Gbit/S 即255MB/s)、Medium(4.8Gbit/S即610MB/S)、Full(5.4Gbit/S @ 85MHZ即680MB/s)、Deca(6.8Gbit/S即850MB/S),从外观上看不出它们的区别,因为提升速度主要是通过增加内部集成的芯片模块来实现的。主要的差别是: 只具有Base功能的采集卡一般只有一个Camera Link接口,而其他的至少包含两个。

工业相机线束厂家

对于采用Camera Link接口的相机来说,它需要配合Camera Link采集卡来使用,Camera Link采集卡一般通过PCI-E接口安装在控制计算机上(对于早期的采集卡,低端型号使用的是PCI接口,高端型号PCI-X接口)

另外,Camera Link接口还有“大口”(MDR)和“小口”(HDR-mini)之分,二者的引脚定义完全相同,只是在体积上不一样

为什么要做“小口”呢,因为常规的Camera Link接口确实是有点太大了。尤其是对于某些高速相机来说,它可能需要用四个接口才能够满足带宽要求,如图6所示。这时候,如果接口太大,相机的体积相应也要做得比较大,显然就有点不方便了。

其实,Camera Link的线缆不但接头太大,而且数据线本身也很粗(毕竟包裹着26根信号线),这导致线缆很难弯曲,而且造价也蛮贵,一般一根3米长的品牌数据线,动辄上千元的售价,如图7所示。为了解决Camera Link线缆很难弯曲的问题,人们又改进了用材,研发出“高柔”数据线,当然它的价格也更贵一些。

使用Camera Link接口的工业相机还具有一个特点,那就是相机生产商一般不提供该相机的使用接口(例如相机自带的图像采集软件,以及相应的SDK等),这是因为:Camera Link接口的工业相机和其他接口相机不同,它的图像采集、处理等软件算法工作主要在Camera Link采集卡上来完成,相机厂商主要只负责硬件这一部分的工作。换句话说,对于Camera Link接口的工业相机来说,这个相机在物理上是被硬生生拆成了两部分,其中一部分以采集卡的形式被安装在主机电脑上了。这样的好处是:如果你对某款Camera Link采集卡的编程比较熟悉,那么世界上任何使用该接口的相机你都可以很快上手。

截止目前,世界上生产Camera Link图像采集卡的厂家主要有以下几个(全部在国外):分别是Imp**(美国)、Dals**(加拿大)、Matr**(德国)、Silico**(英国)、Eures**(比利时)。此外,还有一些相对小众的品牌如:BitFL**(美国)、Leutr**(瑞士),等。考虑到知乎的发帖规则比较严格,具体品牌没有给出,免得有打广告嫌疑。上述各家的采集卡我基本上都用过,每个品牌有其自己的优缺点,比如有的品牌的配套软件功能强大,有的品牌硬件兼容性好,而有的品牌偏重于图像处理速度快,等等。如果您在采集卡选购方面有问题需要咨询的,站内私信给我,我尽力解答。

此外,需要注意的是:Camera Link接口并不支持热插拔。当相机带电工作期间,严禁拔下数据接口,这样有一定的概率会损坏相机,切记!以上工业相机线束厂家介绍了工业相机相关知识,希望对你有好处,以上信息供您参考。


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