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重磅干货，第一时间送达本文转自|新机器视觉
六招教你合理选择机器视觉传感器
传感器是一种检测装置，可以感受到测量的信息，并将检测到的信息转换为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息传输、处理、存储、显示、记录和控制的要求。它是实现自动检测和自动控制的主要环节。
现代科学技术的发展不断对检测技术提出新的要求，也促进了检测技术的发展。新的传感器不断出现，使检测技术发生了巨大的变化。因此，如何根据具体的测量目的、对象和测量环境合理选择传感器已成为工程技术人员经常遇到的问题。
要进行具体的测量工作，首先要考虑传感器的原理，这需要分析各种因素来确定。因为，即使测量相同的物理量，也有多种原理的传感器可供选择，哪种原理的传感器更合适，需要根据测量特性和传感器的使用条件考虑以下具体问题：范围大小、测量位置对传感器体积的要求、接触或非接触、信号引出、有线或非接触测量、传感器来源、国内或进口、价格是否可承受或开发。
在考虑上述问题后，可以确定选择哪种类型的传感器，然后考虑传感器的具体性能指标。
一般来说，在传感器的线性范围内，传感器的灵敏度越高越好。因为只有当灵敏度较高时，与测量变化相对应的输出信号值相对较大，有利于信号处理。但需要注意的是，传感器灵敏度高，与测量无关的外部噪声容易混合，放大系统放大，影响测量精度。因此，传感器本身需要具有较高的信噪比，以尽量减少从外部引入的工厂干扰信号。
传感器的灵敏度是方向性的。当测量为单向量且方向性要求较高时，应选择其他方向灵敏度较小的传感器；如果测量为多维向量，传感器的交叉灵敏度越小越好。
传感器的频率响应特性决定了测量的频率范围，必须在允许的频率范围内保持不失真的测量条件。事实上，传感器的响应总是有固定的延迟。
传感器频率响应高，可测信号频率范围宽。由于结构特性的影响，机械系统惯性大，传感器可测信号频率低。
在动态测量中，应根据信号的特性(稳态、瞬态、随机等)进行响应，避免过度误差。
传感器的线性范围是指输出与输入成正比的范围。理论上，灵敏度保持在此范围内。传感器的线性范围越宽，范围越大，并能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当确定传感器的类型时，首先取决于范围是否满足要求。
但事实上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所需的测量精度相对较低时，非线性误差较小的传感器可以在一定范围内视为线性，这将给测量带来极大的便利。
传感器使用一段时间后，其性能保持不变的能力称为稳定性。除了传感器本身的结构外，影响传感器长期稳定性的因素主要是传感器的使用环境。因此，为了使传感器具有良好的稳定性，传感器必须具有较强的环境适应性。
精度是传感器的重要性能指标，是整个测量系统测量精度的重要环节。传感器的精度越高，价格就越贵。因此，只要传感器的精度满足整个测量系统的精度要求，就不必选择太高。这样，您就可以在许多满足相同测量目的的传感器中选择更便宜和简单的传感器。
如果测量目的是定性分析，则可以选择重复精度高的传感器，而不是绝对值精度高的传感器；如果是定量分析，必须获得准确的测量值，则需要选择精度等级能够满足要求的传感器。
对于某些特殊使用场合，如果无法选择合适的传感器，则需要自行设计制造传感器。自制传感器的性能应满足使用要求。
三分钟教你快速选择机器视觉传感器
目前，如何选择机器视觉传感器在当代的应用越来越广泛，如何选择机器视觉传感器值得学习，现在我们将深入了解如何选择机器视觉传感器。
相机是机器视觉系统的眼睛，相机的心脏是图像传感器。传感器的选择取决于对应用要求的准确性、输出、灵敏度、机器视觉系统的成本和充分理解。对传感器主要性能的基本理解可以帮助开发人员快速缩小搜索范围，找到合适的传感器。
大多数机器视觉系统用户意识到相机是系统的关键元素，并经常将其视为视觉系统的芯片。相机本身是一个复杂的系统：包括镜头、信号处理器、通信接口和将光子转换为电子设备的核心部件：图像传感器。镜头和其他部件共同支持相机的功能，最终决定了相机的最高性能。
业内很多讨论都集中在加工技术上，以及CMOS和CCD传感器是好是坏。这两种技术都有其优缺点，加工过的传感器具有不同的性能。用户最终关心的不是传感器是如何制造的，而是它在最终应用中的性能。
在指定的应用程序中，三个关键元素决定了传感器的选择：动态范围、速度和响应性。动态范围决定了系统可以捕获的图像的质量，也被称为反映细节的能力。传感器的速度是指传感器每秒能产生多少图像，以及系统能够接收到的图像的输出。响应性是指传感器将光子转换为电子的效率，它决定了系统需要捕获有用图像的亮度水平。传感器的技术和设计共同决定了上述特性，因此系统开发人员在选择传感器时必须有自己的测量标准，并详细研究这些特性将有助于做出正确的判断。
由于机器视觉系统是数字的，传感器的动态范围是最容易被怀疑和误解的。图像的动态范围包括两部分：一是传感器的曝光范围（亮度倍数）；二是传感器数字像素信号的电平数，用位数表示。这两部分通常是密切相关的。
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时，传感器捕获并存储以供系统读取。冲击区域的光子越多，产生的电子就越多，读取间隔越长，存储的电子就越多。确定传感器曝光动态范围的参数之一是填充存储陷阱的曝光。制造传感器的半导体加工工艺和电路设计共同决定了陷阱的容量或深度。
电子噪声是传感器工作的最低曝光水平。虽然没有光子冲击活动的像素区域，但图像传感器也会以热发射的形式产生电子。为了产生可识别的信号，必须有足够的光子冲击活动像素区域，以便在存储陷阱中产生比暗电流噪声产生的电子数量更多的电子。传感器的最低曝光率是产生至少与噪声电子相同的光电子数量。只有当超过噪声等量的曝光水平时，传感器才能产生有用的信息。
传感器的曝光动态范围是由其物理和电路设计所决定的功能，而数字动态范围只是由电路设计所决定的功能。图像传感器的数字动态范围只是说明它能够提供给视觉系统的明显的曝光值。8位的传感器有256个灰度级，10位的有1024个，以此类推。表示动态范围的位数并不是反映传感器能够响应的最高曝光的必须要素，但是这两者通常是相对应的。
比暗电流噪声水平小的等量信号度不能产生有用的信息。类似地，如果数字值大于传感器的最大信号值，则不会产生额外的信息。在实践中，传感器需要设计等量信号度等于暗电流噪声水平，并有足够的信号步进度达到饱和曝光信号水平。这样，传感器的数字动态范围与曝光动态范围相同：饱和等量曝光与噪声等量曝光的比率。
传感器的动态范围在一定程度上决定了机器视觉系统产生的图像质量。位数越高，系统能够区分的图像细节就越微妙。对低暗电流噪声和高精度需求的增加使得传感器的成本越来越昂贵。然而，并非所有的应用程序都需要精细的图像。因此，设计师设计了不同动态范围的传感器供选择。例如，8位的动态范围可以有效地工作，包装分类或电子生产检查。然而，医学和空中侦察需要14位的动态范围。
应用程序还要求传感器的第二个特征速度
速度比动态范围更直观，它只是衡量传感器从图像收集和传输到系统的速度。传感器的速度还包括两个方面：一个是帧频率，即传感器将像素数据传输到系统所需的时间。此外，传感器还需要曝光时间来收集一个有用的图像。帧频率永远不会比曝光时间快，因此帧频率用于解释传感器性能的通用值。
传感器的速度决定了系统器的速度决定了系统的输出。如果每个图像代表待检查的部件，系统每秒检查的部件数量不会高于传感器每秒发送的帧数。当成像对象处于运动状态时，必须要求高采集速度，以防止图像模糊。因此，高输出检测系统和高速运动对象的成像应用需要高速传感器。
速度和动态范围相互关联。为了快速传输图像，传感器必须快速数字化每个像素的数据。这意味着模拟数字转换器需要快速形成稳定的输出。
从物理和设计的角度来看，速度应该在动态范围内让步。电路运行得越快，产生的热量就越多。传感器的暗电流噪声随温度的升高而增加，因此传感器的速度越高，噪声越大，动态范围越低。高速传感器比低速传感器噪音更大，动态范围更低。
传感器的速度也与第三个特征的响应有关
应用程序中所需的帧频率越高，曝光时间就越少。为了减少曝光时间，设计师需要增加光的亮度只能选择响应性高的传感器。
响应性是指在给定曝光条件下产生的信号的强度（V）。在图像传感器中中，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。
开发人员在为他们的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。
以上提到的三项关键要素并不是构成传感器选择的唯一考量，另外还有两项重要的因素：传感器的分辨率和像素间距，其中任何一项都能够影响图像的质量，并且与上述三项关键要素相互作用。
分辨率是指由多少个像素构成一幅图像，它是反映传感器尺寸和像素间距的量值。应用所需要的传感器的分辨率决定于几项相关的要素：包括视野、工作距离、传感器大小和像素间距以及系统所要求的采集空间细节所需的像素的数量等。传感器的分辨率越高，其时钟必须运行得越快，以获得需要的帧频。因此，传感器的分辨率对速度有非常大的影响。
像素间距定义单个像素区域的大小，与传感器的大小共同作用来决定传感器的分辨率。由于传感器通常只有有限的大小可选，所以像素的间距越小，其分辨率就越高。像素间距能够影响响应度，但是间距越小，每个像素能够采集光子的活动区域就越小。
最终，所有这些传感器的要素都要与相机的其它部件相互影响。相机镜头的分辨率是通过调制解调函数（MTF）来衡量的，例如，镜头的分辨率必须与传感器的像素间距相匹配，才能获得理想的成像质量。在传感器分辨率允许的范围内，一个5微米MTF的镜头在3微米的像素间距的传感器上所成的黑白线模式只能形成灰色的图像。因此，在选购传感器时必须采购与之匹配的其它系统部件。
最重要的一点是要充分理解应用对传感器动态范围、速度和响应度的需求。需求决定哪些性能是在可接受的范围之内，最终决定系统的其它部件的要求。
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