2024 年 3D 工業(yè)相機行業(yè)深度洞察報告（二）

3D 工業(yè)相機產(chǎn)品類型與特點

  面陣相機和線陣相機是 3D 工業(yè)相機的兩種主要類型。面陣相機的工作原理通常采用結構光技術或激光三角測量技術。結構光技術是利用一系列已知模式的光線投射到目標物體上，通過捕捉由物體表面反射回來的光線變形，結合相機的位置和角度，經(jīng)過復雜算法處理后重建出物體的三維表面。激光三角測量技術則是通過向目標物體發(fā)射激光點或線，并使用相機從一定角度捕捉激光在物體表面的反射點或線，利用激光與相機之間的幾何關系，通過三角幾何學計算出每個激光點在空間中的精確位置，從而構建出物體的三維形狀。

面陣相機的技術參數(shù)包括曝光時間、像元尺寸、面陣大小、成像幀頻、量子效率和讀出速率等。曝光時間指相機從快門打開到關閉的時間間隔，在這一段時間內(nèi)，相機的像元接收光子。像元尺寸則指相機中一個像元的物理尺寸。面陣大小是相機包含像元的個數(shù)，一般用長 × 寬表示。成像幀頻即為每秒鐘相機輸出圖像的數(shù)量。量子效率用來描述光電器件光電轉換能力的一個重要參數(shù)，它是在某一特定波長下單位時間內(nèi)產(chǎn)生的平均光電子數(shù)與入射光子數(shù)之比。讀出速率代表相機可讀出圖像的一部分或多個像元同時讀出以提高讀出速率，因此，通常定義兩種速率，一種是全幀讀出速率，另一種是最快的讀出速率。

 面陣相機的優(yōu)勢在于應用面較廣，如面積、形狀、尺寸、位置，甚至溫度等的測量。可以獲取測量圖像直觀，二維圖像信息。但也存在一些缺點，像元總數(shù)多，而每行的像元數(shù)一般較線陣少，幀幅率受到限制。由于生產(chǎn)技術的制約，單個面陣的面積很難達到一般工業(yè)測量對視場的需求。

線陣相機的工作原理是通過對移動物體進行拍攝，將各個像素所采集到的光電信號轉換為數(shù)字信號進行存儲和處理，并最終生成一張常規(guī)的二維圖像。具體過程包括光學系統(tǒng)利用透鏡將物體成像在一根由許多光敏元件組成的線陣芯片上；光電轉換時當物體通過相機，每個像素依據(jù)被照射的光亮度會產(chǎn)生不同的電壓信號，將這些電信號進行整合得到圖像；經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡的轉換，將模擬電信號轉化為數(shù)字信號并存儲到計算機中；最后通過計算機對采集到的圖像進行處理和分析。

 線陣相機的常用參數(shù)有行頻、行高、觸發(fā)方式、理想行頻與運動速度、客戶要求精度、像素精度確定的前提下運動速度與理想行頻的關系、線陣相機拍攝彩色圖像的方式以及黑白線陣相機的行數(shù)和多線技術等。行頻是相機的拍照速度，通常用每秒拍的圖像張數(shù)來定義，一般用 KHz 單位來表示。行高是每拍了 X 行后，就截取一幅圖像，這個 X 行就是行高。觸發(fā)方式有行觸發(fā)和幀觸發(fā)，行觸發(fā)適用于運動速度不那么均勻或需要用到特殊成像技術的場景，幀觸發(fā)比較適用于運動比較勻速的物體拍攝。理想行頻 = 運動速度 / 像素精度。線陣相機拍攝彩色圖像可以用 3 行線陣相機，每行代表一個顏色，效果更好，2 行線陣工業(yè)相機也可以拍攝彩色，但色彩還原度沒有 3 行的好。黑白線陣相機有 1 行、2 行、4 行、8 行甚至 16 行，在光照充足的條件下，1 行即可清晰成像，一些應用難以安裝光源時可用 TDI 技術實現(xiàn)弱光情況下的清晰成像。

線陣相機的優(yōu)勢在于通常具有更高的幀速率，特別適用于高速成像應用。由于線陣相機一次只需要采集一行像素的數(shù)據(jù)，因此可以實現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)傳輸速度。且線陣相機更輕便，適合需要緊湊設計的場景。主要應用于工業(yè)應用，如印刷品檢測、流水線檢測和高速掃描等。缺點是分辨率通常比面陣相機低，只能獲取到單行像素。且線陣相機觸發(fā)方式相對較為復雜，需要專業(yè)的技術支持；由于每個像素點都需要激活才能記錄圖像，因此其響應速度可能不如其他類型的相機。

3D 工業(yè)相機產(chǎn)品應用場景

 3D 工業(yè)相機在各領域有著廣泛的應用。在自動化檢測領域，3D 工業(yè)相機能夠準確判斷產(chǎn)品是否合格，例如檢測產(chǎn)品表面是否有缺陷、尺寸是否符合標準等。同時，它還可以用于識別產(chǎn)品的二維碼、條形碼等信息，實現(xiàn)自動化跟蹤與管理。在汽車制造行業(yè)，3D 工業(yè)相機可用于汽車車身的三維測量和質量檢測，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質量。在航空航天領域，可用于飛機零部件的精確測量和逆向工程，為飛機的研發(fā)和生產(chǎn)提供有力支持。

在機器視覺領域，3D 工業(yè)相機能夠獲取物體的精確三維信息，從而用于測量物體的尺寸、形狀和位置。這為機器人抓取、裝配和焊接等任務提供了關鍵的視覺引導信息，實現(xiàn)了精確控制和定位。在倉儲物流領域，3D 工業(yè)相機通過獲取倉庫內(nèi)物體的三維信息，幫助機器人實現(xiàn)自主導航和路徑規(guī)劃。機器人可以準確識別貨物位置，規(guī)劃出最優(yōu)的搬運路徑，提高物流效率。

 在 3C 電子行業(yè)，3D 工業(yè)相機可實現(xiàn)產(chǎn)品缺陷檢測、逆向工程和自動化裝配等功能。例如，在電子產(chǎn)品表面缺陷檢測中，能夠精確捕捉物體表面的幾何信息，檢測并分類各種表面缺陷，如劃痕、裂紋、缺陷點等。在封裝過程中，工業(yè)相機可以實現(xiàn)對封裝質量的自動檢測，如貼片封裝過程中貼片的位置偏移、傾斜、錯位等問題。在電子組件逆向工程中，通過精確測量獲取電子組件的三維形狀、尺寸和位置等詳細信息，為后續(xù)的 CAD 建模、分析和制造提供準確的數(shù)據(jù)支持。

在新能源領域，3D 工業(yè)相機被廣泛應用于電芯、模組和 PACK 等多個工藝段。通過精確測量電池的折彎線，實現(xiàn)精準的折彎操作，提高電池的安全性和生產(chǎn)效率。在農(nóng)業(yè)領域，3D 工業(yè)相機可以用于農(nóng)作物的生長監(jiān)測和果實的成熟度檢測，幫助農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)精確的管理和高效的收獲。在物流與倉儲領域，3D 工業(yè)相機能夠實時監(jiān)測貨物的體積和堆疊情況，提高倉儲空間的利用效率，并輔助機器人或自動裝卸設備進行準確的物料搬運與排序。在醫(yī)療領域，3D 工業(yè)相機可用于醫(yī)療影像的三維重建和手術導航，提供精準的深度信息，輔助醫(yī)生進行手術規(guī)劃和操作。