業相機是機器視覺系統的核心元件之一,但選擇工業相機不能只看「幾百萬畫素」。
實際選型時,還需要同時考慮 FOV(視野)、檢測精度、Resolution(解析度)、Pixel Size(像素尺寸)、Sensor Size(感光元件尺寸)、FPS(幀率)、Shutter(快門)以及傳輸介面。
例如,同樣是 5MP 工業相機,使用 2.74 µm 與 3.45 µm Pixel Size 的 Sensor,在 Sensor 尺寸、鏡頭選擇、感光特性與實際應用上都可能不同;而當解析度與 FPS 同時提高時,資料傳輸頻寬也會快速增加,這時 GigE、USB3、10GigE 等介面的差異就會變得非常重要。Baumer 現有產品也能看到這種差異,例如 3.45 µm 的 IMX250 與 2.74 µm 的 IMX537/IMX536 被應用在不同解析度、Sensor Size 與速度組合中。
這篇文章將從實際機器視覺選型角度,說明工業相機幾個最重要的規格,以及它們彼此之間的關係。
一、工業相機解析度怎麼選?
解析度通常是客戶選擇工業相機時第一個看到的規格,例如:
2MP、5MP、8MP、12MP、24MP、45MP、65MP
但「畫素越高越好」並不是正確的選型方式。
真正應該先確認的是:我要看多大的範圍(FOV),以及我要看多小的物體?
從 FOV 計算 Pixel Resolution
FOV = 100 mm
相機水平方向:
2448 Pixel
那麼:
100 mm ÷ 2448 Pixel ≈ 0.0408 mm/Pixel
也就是:1 Pixel ≈ 40.8 µm
如果需要檢測 0.1 mm 的特徵:
0.1 mm ÷ 0.0408 mm/Pixel ≈ 2.45 Pixel
這代表 0.1 mm 的特徵在影像上只有約 2.45 Pixel。
通常不能因為「看得到」就直接等同「可以穩定檢測」。實際需要多少 Pixel,還要看檢測方式、對比、鏡頭解析能力、照明、演算法與允收標準。
解析度不是精度
這個觀念很重要:Pixel Resolution ≠ Measurement Accuracy
例如計算得到:
1 Pixel = 5 µm
並不代表系統量測精度就是:
±5 µm
實際精度還會受到鏡頭、光源、機構、標定、Sensor、演算法、景深與環境穩定度等因素影響。
二、Pixel Size 是什麼?越小越好嗎?
Pixel Size 是 Sensor 上單一 Pixel 的實體尺寸。
工業相機常見例如:
2.4 µm、2.74 µm、3.45 µm、4.5 µm、5.5 µm、9 µm
Baumer 現有相機就是很好的例子:VLXT-55C.I 使用 Sony IMX537、Pixel Size 2.74 µm;VLXT-50M.I 使用 IMX250、3.45 µm;部分高速型號則使用 9 µm Pixel。
小 Pixel 的優點
相同 Sensor 面積下,可以容納更多 Pixel,因此有利於提高解析度。
例如高解析度 AOI、半導體、精密量測等應用,經常需要較小 Pixel Size。
但這不代表:Pixel 越小,影像品質一定越好。
大 Pixel 的優點
較大的 Pixel 通常具有較大的感光面積,因此在需要高感光能力、高速曝光或較低照度的應用中可能具有優勢。
但實際影像品質不能只用 Pixel Size 判斷,還需要一起看:
Quantum Efficiency、Full Well / Saturation Capacity、Read Noise、Dynamic Range、SNR 等 Sensor 特性。
例如 Baumer 的 9 µm IMX426 型號與 2.74 µm IMX537 型號,其飽和容量與 SNR 等數據就明顯不同,說明不能單靠 Pixel Size 判斷相機性能。
三、Sensor Size 是什麼?為什麼會影響鏡頭?
常見工業相機 Sensor Size 包括:
1/2.9″、1/1.8″、2/3″、1″、1.1″、1.2″、1.4″、APS-C 等。
Sensor 越大,在相同鏡頭條件下通常能取得更大的成像範圍,但同時對鏡頭的 **Image Circle(成像圈)**要求也會提高。
Sensor Size 與鏡頭 Image Circle
假設相機使用:
1.1″ Sensor
但是鏡頭只支援:
2/3″ Sensor
可能就會產生:
- 四角暗角
- 邊緣無法完整成像
- 周邊解析度下降
- 無法充分利用 Sensor 面積
因此相機與鏡頭不能分開選。
選好相機後,需要確認鏡頭至少可以覆蓋相機 Sensor 所需要的 Image Circle。
這也是為什麼 24MP、45MP、65MP 等大尺寸 Sensor 工業相機,在鏡頭選擇上通常會比一般 2/3″ 相機更加嚴格。
四、FPS 是什麼?是不是越高越好?
FPS(Frames Per Second)代表相機每秒最多可以取得多少張影像。
例如:
30 FPS = 每秒最多約 30 張影像
100 FPS = 每秒最多約 100 張影像
但 FPS 的需求應該由實際設備速度決定,而不是單純追求最高規格。
什麼情況需要高 FPS?
例如:
高速產線、半導體設備、高速 Pick & Place、運動物體檢測、高速定位、短 Cycle Time AOI
都可能需要較高 FPS。
而且解析度越高、FPS 越高,資料量通常也會跟著增加。
Baumer 的產品資料可以看到很直接的例子:2048 × 1536 的 VCXG.2-32M 在 Full Frame 下最高 39 fps,而採用 10GigE 的 VLXT-55C.I 在 2464 × 2048 Full Frame 下可達 243 fps;不同 Sensor 與介面架構會直接影響可實現的影像傳輸速度。
五、Global Shutter 與 Rolling Shutter 怎麼選?
除了 FPS,Shutter Type 也是高速應用非常重要的規格。
Global Shutter
Global Shutter 會讓 Sensor 的 Pixel 在相近時間點進行曝光,因此適合:
高速移動物體、定位、AOI、機械手臂、半導體設備、精密量測
可降低移動物體產生幾何變形的風險。
Rolling Shutter
Rolling Shutter 以逐列方式進行曝光/讀出。
如果工件與相機保持靜止,Rolling Shutter 並不代表不能使用;但在高速運動場景下,需要特別評估影像變形問題。
所以:高速 ≠ 只看 FPS,也要看 Shutter。
六、GigE、USB3、10GigE 工業相機怎麼選?
介面會直接影響:
傳輸頻寬、線材距離、系統架構、電腦硬體需求與整合方式。
GigE
GigE 是目前非常成熟的工業相機介面之一。
適合:
一般 AOI、定位、尺寸量測、自動化設備、多相機系統
優點是 Ethernet 架構成熟,而且 GigE Vision 生態完整。
USB3
USB3 適合:
設備內短距離、高頻寬、單機型視覺系統
系統架構通常比較直接,但需要考量線材距離、USB Controller 與主機配置。
10GigE
當應用同時需要:
高解析度 + 高 FPS
1GigE 的頻寬就可能成為瓶頸。
Baumer 的 10GigE 技術資料指出,高解析度與高速度都會直接增加 Camera 到 Host 的頻寬需求;其 10GigE 相機產品則使用 10,000 Mbit/s Ethernet
適合:高速 AOI、半導體、精密量測、高解析度高速取像、多相機系統
部分 Baumer 10GigE 型號也支援 RDMA,例如 VLXT-81M.I 的官方規格即列出 10GigE (RDMA)。
七、工業相機介面越快,FPS 就一定越高嗎?
不一定。
相機的最大 FPS 還會受到:
Sensor Readout Speed、解析度、Pixel Format、ROI、相機內部處理、介面頻寬與電腦端接收能力
等因素影響。
因此不能簡化成:10GigE 一定比 GigE 相機 FPS 高 10 倍。
例如 ROI(Region of Interest)縮小取像範圍後,部分 Sensor 可以提高讀出速度;但實際可以提高多少,仍要看相機與 Sensor 架構。
八、工業相機選型的正確順序
① 確認 FOV
例如:
330 × 330 mm
↓
② 確認最小檢測特徵
例如:
0.05 mm
↓
③ 計算所需 Pixel Resolution
↓
④ 決定相機 Resolution
↓
⑤ 確認 Sensor Size / Pixel Size
↓
⑥ 選擇對應 Image Circle 與解析能力的鏡頭
↓
⑦ 確認設備速度與 FPS
↓
⑧ 確認 Global / Rolling Shutter
↓
⑨ 計算影像 Data Rate
↓
⑩ 選擇 GigE / USB3 / 10GigE 等介面
這樣選,比一開始直接問:
「我要 5MP 還是 12MP?」
更合理。
九、工業相機常見選型錯誤
錯誤 1:解析度越高越好
解析度增加,也會增加資料量、鏡頭要求與運算負擔。
錯誤 2:Pixel Size 越小越好
還要一起考慮 Sensor 技術、光學解析度、感光能力與實際檢測條件。
錯誤 3:只選相機,不考慮鏡頭
大 Sensor、高解析度相機需要相對應的 Image Circle 與鏡頭解析能力。
錯誤 4:只看 FPS,不看 Exposure Time
相機即使可以 100 FPS,如果實際曝光需要 20 ms,也無法單靠相機標稱 FPS 解決高速取像問題。
錯誤 5:只看相機介面,不看整套系統
高速相機還要考慮 NIC、PCIe 頻寬、CPU / Memory、Cable 與影像處理軟體。
十、如何選擇適合的工業相機?
工業相機選型並不是單一規格比較,而是:FOV → 檢測精度 → Resolution → Pixel Size → Sensor Size → Lens → FPS → Shutter → Interface
形成一整套機器視覺系統。
映特有限公司提供 Baumer 工業相機與機器視覺解決方案,可依實際應用的 FOV、Pixel Resolution、工作距離、FPS、Sensor Size 與傳輸頻寬協助進行相機與鏡頭選型,並提供 GigE、USB3、10GigE 等不同介面的工業相機方案。







