工業(yè)場景下幾種特殊相機(jī)及應(yīng)用

工業(yè)上，除了常見的可見光2D、3D相機(jī)外，還有一些特別的相機(jī)用于一些特殊應(yīng)用。一、紅外相機(jī)通常情況下，人眼可見范圍為390nm-780nm。波長超過780nm判定為紅外光。紅外光一般分為近紅外NIR、短波紅外SWIR、中波紅外MWIR、長波紅外LWIR、微波。紅外相機(jī)-NIRNIR(近紅外)是肉眼不可見的電磁波譜的一部分，NIR的成像并不依賴于顏色，所以可以高精度地可視化任何物體。NIR光的波長比可見光長，這通常意味著光更容易通過紙張、布料和塑料等材料透射。近紅外波長對材料和涂層的反應(yīng)也與可見光不同。NIR可以做到：更容易穿透材料降低成像對象的顏色飽和度消除不必要的眩光和反射忽略各種檢測應(yīng)用中不需要的細(xì)節(jié)紅外相機(jī)-SWIR短波紅外(SWIR)的范圍在1050~2500nm之間，它占據(jù)了近紅外以上的電磁波譜，完全超出了傳統(tǒng)硅基成像傳感器的能力范圍。所以短波紅外相機(jī)通常使用InGaAs傳感器來感知該波段的光。紅外相機(jī)-MWIRInGaAs傳感器是目前主流的相機(jī)技術(shù)，工作在900至1700nm的SWIR范圍內(nèi)。與其他SWIR成像方式相比，它們具有相對成本效益和成熟的特點(diǎn)，這使得它們成為包括檢測、分類和質(zhì)量控制在內(nèi)的機(jī)器視覺應(yīng)用中最常用的技術(shù)。SWIR最有前途的機(jī)器視覺應(yīng)用之一是產(chǎn)品的檢測和分類。MWIR也被稱為“熱紅外”，因?yàn)檩椛涫菑奈矬w本身發(fā)射的，不需要外部光源來成像物體。兩個(gè)主要因素決定了物體在熱像儀上看起來有多亮：物體的溫度和發(fā)射率(材料的物理屬性，描述了它的輻射效率)。所有溫度高于絕對零度(-273°C/-459°F)的物體都會發(fā)出中波紅外和長波紅外波長 (3μm-14μm)的紅外輻射，其數(shù)量與物體的溫度成正比。熱成像聚焦并檢測這種輻射，然后將溫度變化轉(zhuǎn)換為灰度圖像，使用更亮和更深的灰色陰影來表示更熱和更冷的溫度，從而直觀地表示場景的熱量分布。MWIR收集3μm至5μm光譜波段的光。當(dāng)主要目標(biāo)是獲得高質(zhì)量圖像而不是專注于溫度測量時(shí)，就會使用MWIR相機(jī)。紅外相機(jī)-LWIR長波紅外(LWIR)是電磁波譜紅外波段的細(xì)分，可捕獲8至14μm長波紅外(LWIR)光譜中的紅外能量。LWIR主要目標(biāo)是專注于溫度的測量。二、紫外相機(jī)從約10nm-400nm的輻射波段稱為紫外線輻射，通常分為三個(gè)波段：近紫外(200nm-380nm)、遠(yuǎn)紫外(10nm-200nm)、極紫外(1nm-31nm)。而空氣在低于約200nm的波長下是不透明的，也意味著無法進(jìn)行觀察。近紫外又可以細(xì)分為：320nm-400nm的長波UV，也稱UV-A；280nm-320nm的中波工業(yè)上使用最常見的紫外波長是365nm和395nm。紫外線可用于機(jī)器視覺應(yīng)用中，以檢測使用可見光無法檢測到的特征。由于紫外線被許多材料吸收，因此可以捕獲產(chǎn)品表面的圖像，并且由于它的波長比可見光短，因此會被產(chǎn)品上的表面特征所散射。通常用于高分辨率視頻顯微鏡、電暈檢測、半導(dǎo)體檢測和無損檢測。三、高速相機(jī)高速攝像機(jī)是一種能以小于1/1000秒的曝光或超過每秒250幀的幀速率捕獲運(yùn)動圖像的設(shè)備。市場上的高速相機(jī)基本可以分為兩大類：可以與捕獲的視頻相同或者更快的速度加載視頻的相機(jī)，以及捕獲整個(gè)事件并必須在后續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸該事件的相機(jī)。這兩種類型相機(jī)的使用取決于需要拍攝的時(shí)間長度，一般分為長時(shí)間記錄事件和瞬態(tài)事。長時(shí)間記錄的事件通常在100-300fps的情況下以中等分辨率記錄幾分鐘或者幾個(gè)小時(shí)。在這些事件期間，相機(jī)無法存儲完整的視頻，所以必須將其實(shí)時(shí)的傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。傳輸速度取決于傳輸介質(zhì)的吞吐能力。瞬態(tài)事件在幾秒鐘內(nèi)發(fā)生，通常每秒鐘捕獲幾千幀圖像，然后生成一個(gè)以GB為單位的RAW原始數(shù)據(jù)。在拍攝瞬態(tài)事件而使用的相機(jī)時(shí)，要增加拍攝的事件的持續(xù)時(shí)間，就需要一臺具有盡可能多的臨時(shí)存儲容量(RAM)的相機(jī)。應(yīng)力檢測高速攝像機(jī)主要應(yīng)用于科研，軍事測試以及工業(yè)生產(chǎn)評估等領(lǐng)域。例如汽車碰撞測試，焊接過程中的電弧的產(chǎn)生，電池爆炸過程中的有機(jī)液體飛濺，像這一類速度非?？斓默F(xiàn)象必須借助高速攝像機(jī)才能清晰的捕捉到。高速攝像機(jī)可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成對高速目標(biāo)的快速、多次采樣，當(dāng)以常規(guī)速度放映時(shí)，所記錄目標(biāo)的變化過程就清晰、緩慢地呈現(xiàn)在我們眼前。四、偏振相機(jī)偏振相機(jī)就是四個(gè)不同角度的偏振片(90°,45°,135°和0°)分別放置于單個(gè)像元上，每四個(gè)像元一組作為一個(gè)計(jì)算單元。通過四向偏振器來捕捉畫面物體中的不同程度的極化信息，直接體現(xiàn)在拍攝的畫面中，可適用于玻璃檢測、應(yīng)力檢測等應(yīng)用；同時(shí)還可以檢測玻璃、金屬等單色或彩色相機(jī)難以檢測的反光表面。傳統(tǒng)機(jī)器視覺無法檢測的應(yīng)力、表面粗糙度、合金成分等應(yīng)用，而這些都是偏振相機(jī)的優(yōu)勢體現(xiàn)，極大地延伸了機(jī)器視覺的探測能力。偏振的應(yīng)用長期以來一直用于機(jī)器視覺檢測，以檢測應(yīng)力，檢測物體并減少透明物體的眩光。典型的設(shè)置需要在目標(biāo)物體、光源和相機(jī)之間安裝一個(gè)或多個(gè)外部偏振片板。各種設(shè)置可用于測量材料應(yīng)力，增強(qiáng)對比度以及分析表面質(zhì)量的凹痕或劃痕。當(dāng)偏振光穿過透明材料時(shí)，偏振光的入射角度將通過物體中的不同應(yīng)力區(qū)域轉(zhuǎn)換為不同的角度。通過將顏色分配給特定的偏振角度，可以可視化缺陷和應(yīng)力區(qū)域。減少反射物體會反射光線，使表面檢測變得困難。食品和包裝檢測應(yīng)用可以通過減少反射和眩光來減少偏振片的使用。