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视觉传感器选购因素
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时间:2016-05-17 15:06:17

        与普通光电传感器相比,视觉传感器赋予机器设计者更大的灵活性。以往需要多个光电传感器的应用,现在可以用一个视觉传感器来检验多项特征。视觉传感器能够检验更大的面积,并实现更佳的目标位置和方向灵活性。这些性能优势使视觉传感器在某些只能依靠光电传感器才能解决的应用中受到广泛欢迎。

        在系统应用中,决定传感器的选择有三个关键因素:即动态范围、速度和响应度。

        动态范围决定系统能够抓取的图像的质量,也被称作对细节的体现能力。传感器的动态范围是最容易使人疑惑和误解的地方,这是因为机器视觉系统是数字的。图像的动态范围包括两部分:一是传感器能够工作的曝光范围(亮度的倍数);其次是传感器能够数字化像素信号的电平的数量,用位数表示。这两部分通常是紧密相关的。

        曝光的动态范围表示传感器能够正常工作的亮度水平。当光子撞击图像传感器的活动像素区域时产生电子,传感器将其捕获并存储起来以备系统读取。撞击活动区域的光子数越多,产生的电子数就越多,在读取的间隔中,该过程持续的时间越长,被存储的电子就越多。决定传感器曝光动态范围的参数之一就是填充存储阱的曝光。制造传感器的半导体加工工艺和电路设计共同决定阱的容量或深度。

        传感器的速度指的是每秒种传感器能够产生多少张图像和系统能够接收到的图像的输出量。速度是比动态范围更直观的特征,它只是衡量传感器采集和传送图像到系统的速度有多快。传感器的速度也包括两个方面:一个是帧频,也就是传感器传送像素数据到系统所需要的时间。另外就是传感器为了采集一幅有用的图像所需的曝光时间。帧频永远都不会比曝光时间快,因此帧频是用来说明传感器性能的通用量值。

        在加工检查类的应用中,传感器的速度决定系统的输出。如果每一幅图像代表待检的一个零件,那么系统每秒能够检查的零件数量不会高于传感器每秒能够发送的帧数。当成像的物体处于运动状态时,为防止出现图像模糊,必须要求高的采集速度。因此对于高输出量的检测系统和对高速运动物体的成像应用需要高速的传感器。

        速度和动态范围是相互关联的,为了快速地传送图像,传感器必须快速地对每一个像素的数据进行数字化。这就意味着模拟到数字转换器需要快速地形成一个稳定的输出。

        响应度指的是传感器将光子转换为电子的效率,它决定系统需要抓取有用的图像的亮度水平。在图像传感器中,有三个因素控制响应度:第一是量子的效率,或者说是每个光子所产生的电子的数量。第二个要素是存储电荷(q)的传感器输出电路的电容(C)的大小,电荷的信号电压公式是V=q/C。第三个要素是传感器的输出放大器增益。如果传感器在与噪音等量的曝光水平下运行时,增益本身并不能提高传感器的响应度。

        开发人员在为机器视觉系统选购传感器时,必须在动态范围,速度和响应度这三个关键要素之间做出取舍。高速度和低光照度将导致噪音增加并降低动态范围。在动态范围允许的情况下,对成像细节的高要求也需要提高光照强度以弥补较低的响应度。传感器本身所具有的物理属性,不可避免地要在这三项关键要素之间做出平衡。

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