2024 年 3D 工业相机行业深度洞察报告（二）

3D 工业相机产品类型与特点

  面阵相机和线阵相机是 3D 工业相机的两种主要类型。面阵相机的工作原理通常采用结构光技术或激光三角测量技术。结构光技术是利用一系列已知模式的光线投射到目标物体上，通过捕捉由物体表面反射回来的光线变形，结合相机的位置和角度，经过复杂算法处理后重建出物体的三维表面。激光三角测量技术则是通过向目标物体发射激光点或线，并使用相机从一定角度捕捉激光在物体表面的反射点或线，利用激光与相机之间的几何关系，通过三角几何学计算出每个激光点在空间中的精确位置，从而构建出物体的三维形状。

面阵相机的技术参数包括曝光时间、像元尺寸、面阵大小、成像帧频、量子效率和读出速率等。曝光时间指相机从快门打开到关闭的时间间隔，在这一段时间内，相机的像元接收光子。像元尺寸则指相机中一个像元的物理尺寸。面阵大小是相机包含像元的个数，一般用长 × 宽表示。成像帧频即为每秒钟相机输出图像的数量。量子效率用来描述光电器件光电转换能力的一个重要参数，它是在某一特定波长下单位时间内产生的平均光电子数与入射光子数之比。读出速率代表相机可读出图像的一部分或多个像元同时读出以提高读出速率，因此，通常定义两种速率，一种是全帧读出速率，另一种是最快的读出速率。

 面阵相机的优势在于应用面较广，如面积、形状、尺寸、位置，甚至温度等的测量。可以获取测量图像直观，二维图像信息。但也存在一些缺点，像元总数多，而每行的像元数一般较线阵少，帧幅率受到限制。由于生产技术的制约，单个面阵的面积很难达到一般工业测量对视场的需求。

线阵相机的工作原理是通过对移动物体进行拍摄，将各个像素所采集到的光电信号转换为数字信号进行存储和处理，并最终生成一张常规的二维图像。具体过程包括光学系统利用透镜将物体成像在一根由许多光敏元件组成的线阵芯片上；光电转换时当物体通过相机，每个像素依据被照射的光亮度会产生不同的电压信号，将这些电信号进行整合得到图像；经过数据采集卡的转换，将模拟电信号转化为数字信号并存储到计算机中；最后通过计算机对采集到的图像进行处理和分析。

 线阵相机的常用参数有行频、行高、触发方式、理想行频与运动速度、客户要求精度、像素精度确定的前提下运动速度与理想行频的关系、线阵相机拍摄彩色图像的方式以及黑白线阵相机的行数和多线技术等。行频是相机的拍照速度，通常用每秒拍的图像张数来定义，一般用 KHz 单位来表示。行高是每拍了 X 行后，就截取一幅图像，这个 X 行就是行高。触发方式有行触发和帧触发，行触发适用于运动速度不那么均匀或需要用到特殊成像技术的场景，帧触发比较适用于运动比较匀速的物体拍摄。理想行频 = 运动速度 / 像素精度。线阵相机拍摄彩色图像可以用 3 行线阵相机，每行代表一个颜色，效果更好，2 行线阵工业相机也可以拍摄彩色，但色彩还原度没有 3 行的好。黑白线阵相机有 1 行、2 行、4 行、8 行甚至 16 行，在光照充足的条件下，1 行即可清晰成像，一些应用难以安装光源时可用 TDI 技术实现弱光情况下的清晰成像。

线阵相机的优势在于通常具有更高的帧速率，特别适用于高速成像应用。由于线阵相机一次只需要采集一行像素的数据，因此可以实现更快的数据传输速度。且线阵相机更轻便，适合需要紧凑设计的场景。主要应用于工业应用，如印刷品检测、流水线检测和高速扫描等。缺点是分辨率通常比面阵相机低，只能获取到单行像素。且线阵相机触发方式相对较为复杂，需要专业的技术支持；由于每个像素点都需要激活才能记录图像，因此其响应速度可能不如其他类型的相机。

3D 工业相机产品应用场景

 3D 工业相机在各领域有着广泛的应用。在自动化检测领域，3D 工业相机能够准确判断产品是否合格，例如检测产品表面是否有缺陷、尺寸是否符合标准等。同时，它还可以用于识别产品的二维码、条形码等信息，实现自动化跟踪与管理。在汽车制造行业，3D 工业相机可用于汽车车身的三维测量和质量检测，提高生产效率和产品质量。在航空航天领域，可用于飞机零部件的精确测量和逆向工程，为飞机的研发和生产提供有力支持。

在机器视觉领域，3D 工业相机能够获取物体的精确三维信息，从而用于测量物体的尺寸、形状和位置。这为机器人抓取、装配和焊接等任务提供了关键的视觉引导信息，实现了精确控制和定位。在仓储物流领域，3D 工业相机通过获取仓库内物体的三维信息，帮助机器人实现自主导航和路径规划。机器人可以准确识别货物位置，规划出最优的搬运路径，提高物流效率。

 在 3C 电子行业，3D 工业相机可实现产品缺陷检测、逆向工程和自动化装配等功能。例如，在电子产品表面缺陷检测中，能够精确捕捉物体表面的几何信息，检测并分类各种表面缺陷，如划痕、裂纹、缺陷点等。在封装过程中，工业相机可以实现对封装质量的自动检测，如贴片封装过程中贴片的位置偏移、倾斜、错位等问题。在电子组件逆向工程中，通过精确测量获取电子组件的三维形状、尺寸和位置等详细信息，为后续的 CAD 建模、分析和制造提供准确的数据支持。

在新能源领域，3D 工业相机被广泛应用于电芯、模组和 PACK 等多个工艺段。通过精确测量电池的折弯线，实现精准的折弯操作，提高电池的安全性和生产效率。在农业领域，3D 工业相机可以用于农作物的生长监测和果实的成熟度检测，帮助农业生产实现精确的管理和高效的收获。在物流与仓储领域，3D 工业相机能够实时监测货物的体积和堆叠情况，提高仓储空间的利用效率，并辅助机器人或自动装卸设备进行准确的物料搬运与排序。在医疗领域，3D 工业相机可用于医疗影像的三维重建和手术导航，提供精准的深度信息，辅助医生进行手术规划和操作。