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工业相机参数之帧率相关知识详解
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工业相机是机器视觉系统的重要组成部分之一,在机器视觉系统中有着非常重要的作用。工业相机已经被广泛应用于工业生产线在线检测、智能交通,机器视觉,科研,军事科学,航天航空等众多领域。 工业相机的主要参数包括:分辨率、帧率、像素、像元尺寸、光谱响应特性等。下面我们来对工业相机帧率的相关知识进行讲解: 帧率(Frame rate)是用于测量显示帧数的量度。所谓的测量单位为每秒显示帧数(Frames per Second),简称:FPS或“赫兹”(Hz)。 由于人类眼睛的特殊生理结构,如果所看画面之帧率高于16fps的时候,就会认为是连贯的,此现象称之为视觉暂留。这也就是为什么电影胶片是一格一格拍摄出来,然后快速播放的。 每秒的帧数(fps)或者说帧率表示图形处理器处理场时每秒钟能够更新的次数。高的帧率可以得到更流畅、更逼真的动画。一般来说30fps就是可以接受的,但是将性能提升至60fps则可以明显提升交互感和逼真感,但是一般来说超过75fps一般就不容易察觉到有明显的流畅度提升了。如果帧率超过屏幕刷新率只会浪费图形处理的能力,因为监视器不能以这么快的速度更新,这样超过刷新率的帧率就浪费掉了。 最大帧率(Frame Rate)/行频(Line Rate):即相机采集传输图像的速率,对于面阵相机一般为每秒采集的帧数(Frames/Sec.),对于线阵相机为每秒采集的行数(Hz)。 相机帧率和曝光时间的关系: 有人问,为什么我们在使用工业相机的时候,将相机的曝光时间增加以后,相机的帧率就下降,而且下降得很厉害,相机的帧率和曝光的关系是怎样,如果想要获得固定的帧率,相机的曝光时间应该怎么设置?因此写下本文,解答了朋友的问题,也使用Sentech相机来做过相关的测试,帧率和曝光时间跟本文中所述一致。详细原理见下文所示: 曝光和传感器读数 相机上的图像采集过程包括两个截然不同的部分。第一部分是曝光。曝光完成后,进行第二部分Readout过程即从传感器的寄存器中读出数据并传送出去(Readout过程)。 关于图像采集过程中,相机操作有两种常见的方法:“non-overlapped”的曝光和“overlapped”的曝光。在非重叠(“non-overlapped”)模式中,每个图像采集的周期中,相机在下一个图像采集开始前,均要完成曝光/读出整个过程。如图1所示。
Fig.1 Non-overlapped Exposure 虽然非重叠(“non-overlapped”)的模式,可适合于许多情况下,但它并不是最有效的方式。为了提高相机的帧率,允许在下一帧图像开始曝光时候,将前一帧获得的图像数据读出并传送出去。相机“重叠”(“overlapped”)曝光的方式见图2所示。 从图2中我们可以看到,相机读出数据和下一帧曝光开始出现重叠的情况,在同一个时刻内,相机执行两个操作,导致在同样的单位时间内,在“overlapped”曝光模式下,可以采集到更多的图片,即相机的帧率更高。
Fig.2 overlapped Exposure 从上边两个图中,我们可以知道在“non-overlapped”的曝光和“overlapped”的曝光模式底下,一帧图像的周期存在着这样的关系: "overlapped”的曝光模式下: FramePeriod ≤Exposure Time + ReadoutTime “non-overlapped”的曝光模式下:FramePeriod > Exposure Time + Readout Time 以STC-A202A为例:
图1 Spec 从Spec中可知,其Pixel Frequency为:36.8181MHz,所以1Clock的时间为1/36.8181Mhz =27.3836ns,接下来我们看相机的Timing chart,首先先看HorizontalTiming,见图2所示:
图2 Horizontal Timing 从图2中,我们从中可读到的信息为,1 CLK=27.1605 nseconds,和我们从spec上得到的Pixel Frequency算出来的时间差不多。扫描1Horizontal需要1920CLK,即1H =27.1605*1920 =52148.16ns=52.14816us 接下来看相机Vertical Timing 见图3所示:
图3 Vertical Timing 从图3中,我们可读出的信息为,1H=52.1482useconds,和我们通过图2计算出来horizontal Scanning的时间一致,而在一帧图像中,需要扫描1252H,其中Effective Pixels为1220H,即1帧图像中,Effective Pixels Read out的时间为1220*52.1482 =63620.804us =63.620804ms,一个VD信号,所用的时间为:1252*52.1482=67793.5464us =67.7935464ms。按照我们前边的理论,一个cycletime内,一帧图像的时间为:Frame Period = Exposure Time +Readout Time 而我们知道STC-A202A的帧率为:15fps,即1 Frame Period =1/15 =66.7ms。 所以在“non-overlapped”exposure 模式下,ExposureTime = Frame Period – Readout Time =66.7ms -63.6ms =3.1ms,在此模式下,若是超过3.1ms的曝光时间,其帧率就会比标准帧率15fps低。 假如1颗相机Readout Time为:66.7ms,即数据传输时间为A,A=66.7ms,曝光时间为B,B=5ms,则一帧图像的时间为C,则C=A+B=66.7ms + 5ms =71.7ms,则这颗相机的帧率为:1000/71.7 =13.94FPS,则这颗相机的帧率为13.94. 注意:一般情况下,若我们的相机的帧率为15fps,则表示相机ReadOut数据的时间为1000ms/15 =66.7ms 审核编辑：汤梓红 声明：本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人，不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用，如有内容侵权或者其他违规问题，请联系本站处理。 举报投诉 传感器 传感器 +关注关注 2538文章 49037浏览量 744272 机器视觉 机器视觉 +关注关注 161文章 4197浏览量 119044 图形处理器 图形处理器 +关注关注 0文章 191浏览量 25147 工业相机 工业相机 +关注关注 5文章 283浏览量 23299原文标题：【光电智造】工业相机参数之帧率相关知识详解 文章出处：【微信号：今日光电，微信公众号：今日光电】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。 收藏 人收藏扫一扫，分享给好友 复制链接分享 评论发布评论请先 登录 相关推荐 工业相机在高速抓拍图像中的应用 。2、曝光时间要满足物体运动速度Vp曝光时间Ts USB3.0工业相机模块 全局曝光130万像素210帧 工业相机模块 ● 支持固件程序在线升级QIKE1210工业相机模块参数：分辨率1280 x 1024传感器型号ON PYTHON 1300传感器类型CMOS快门类型全局曝光像素尺寸4.8 µm x 4.8 µm靶面 发表于 10-19 10:33 USB3.0工业相机模块 全局曝光130万像素210帧 工业相机模块 ● 支持固件程序在线升级QIKE1210工业相机模块参数：分辨率1280 x 1024传感器型号ON PYTHON 1300传感器类型CMOS快门类型全局曝光像素尺寸4.8 µm x 4.8 µm靶面 发表于 10-23 10:38 USB3.0工业相机模块 全局曝光130万像素210帧 工业相机 ● 支持固件程序在线升级QIKE1210工业相机模块参数：分辨率1280 x 1024传感器型号ON PYTHON 1300传感器类型CMOS快门类型全局曝光像素尺寸4.8 µm x 4.8 µm靶面 发表于 01-08 14:25 工业相机相关知识 1.工业相机相关知识（初学者必备）工业相机是机器视觉系统中的一个关键组件，其最本质的功能就是通过 发表于 07-26 06:49 关于工业相机相关知识点总结的太棒了 关于工业相机相关知识点总结的太棒了 发表于 09-29 07:56 cmos传感器的数字工业相机 高帧率、出众的图像质量和易集成性——这些都是堡盟工业相机所具有的良好声誉。坚固的工业设计是堡盟相机在实际应用中确保长期稳定和精确图像分析 发表于 09-21 16:37 •3次下载
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