工業(yè)視覺基礎(chǔ)--工業(yè)相機

01

工業(yè)相機

工業(yè)相機又稱攝像機，相比于傳統(tǒng)的民用相機（攝像機）而言，它具有高的圖像穩(wěn)定性、高傳輸能力和高抗干擾能力等，目前市面上的工業(yè)相機大多是基于CCD（Charge CoupledDevice）或CMOS（Complementary MetalOxide Semiconductor）芯片的相機。

02

相機分類

按照芯片類型：CCD相機、CMOS相機；

按照傳感器的結(jié)構(gòu)特性：線陣相機、面陣相機；

按照掃描方式:隔行掃描相機、逐行掃描相機；

按照分辨率：普通分辨率相機、高分辨率相機；

按照輸出信號方式：模擬相機、數(shù)字相機；

按照輸出色彩：單色（黑白）相機、彩色相機；

按照輸出信號速度：普通速度相機、高速相機；

按照響應頻率范圍：可見光（普通）相機、紅外相機、紫外相機等。

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CCD和CMOS

CCD是目前機器視覺最為常用的圖像傳感器。CCD相機由防塵片、傳感器芯片、FPGA、RAM和ROM、火線口和I/O接口等組成。 工作原理：被攝物體一方的光線經(jīng)過光學鏡頭聚焦至CCD芯片上，在驅(qū)動電路的驅(qū)動脈沖下CCD完成光電荷的轉(zhuǎn)換、存儲、轉(zhuǎn)移和讀取、從而將光學信號轉(zhuǎn)換為電信號輸出。CCD的突出特點是以電荷作為信號，而不同于其它器件是以電流或者電壓為信號。CCD作為一種功能器件，與真空管相比，具有無灼傷、無滯后、低電壓工作、低功耗等優(yōu)點。

CMOS圖像傳感器的開發(fā)最早出現(xiàn)在20世紀70年代初，90年代初期，隨著超大規(guī)模集成電路(VLSI)制造工藝技術(shù)的發(fā)展，CMOS圖像傳感器得到迅速發(fā)展。CMOS指的是制造圖像傳感器的過程而不是特定的成像技術(shù)。

CMOS圖像傳感器將光敏元陣列、圖像信號放大器、信號讀取電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、圖像信號處理器及控制器集成在一塊芯片上，具有局部像素的編程隨機訪問的優(yōu)點。


目前，CMOS圖像傳感器以其良好的集成性、低功耗、高速傳輸和寬動態(tài)范圍等特點在高分辨率和高速場合得到了廣泛的應用。

區(qū)別：當強光照射CCD傳感器時，采集的圖像中會出現(xiàn)光暈(Blooming)和拖尾(Smear)現(xiàn)象,嚴重影響成像質(zhì)量。

解決方法：調(diào)整相機增益；減少光線或者曝光時間，增加CCD讀出速率；選擇CMOS芯片（結(jié)構(gòu)上解決）。

04

相機基本術(shù)語

像素：感光器件上的基本感光單元，即相機識別到的圖像上的最小單元（圖中的每一個小格就是一個像素）。

像元與像元尺寸：像元是芯片的組成單位，是實現(xiàn)光電信號轉(zhuǎn)換的基本單元。像元尺寸一般為微米級（3-10微米） 像元深度：每像素數(shù)據(jù)的位數(shù)，對于黑白相機來說，像元深度定于灰度由暗到亮的灰階數(shù)。一般常用的是8bit，還有10bit，12bit等。

曝光時間：是指相機從快門打開到關(guān)閉的時間間隔，曝光時間越長，圖片越亮，同時，抗震動能力越差。對運動物體拍攝時，曝光時間越長，產(chǎn)生的拖影越長。過長的曝光時間會使相機的幀率降低。

分辨率：圖像上單個單個像素所代表的實際尺寸，分辨率=視野/像素數(shù)（同方向）。 幀率：單位為FPS（frame per second），即幀/秒，指相機每秒鐘能采集多少幅圖像，1幅圖像為1幀。例如15幀/秒，表示相機一秒鐘最大能采集15幅圖像。一般來說，分辨率越大的相機，幀率越低。最高幀率是相機的重要性能參數(shù)之一，主要取決于采集速度、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度和數(shù)據(jù)傳輸速度。 行頻：線陣工業(yè)相機的速度即行頻的單位是KHz。比如：12KHz表示線陣工業(yè)相機在1秒鐘內(nèi)最多能采集12000行圖像數(shù)據(jù)。 增益：將圖片的數(shù)字信息同時擴大，當圖片比較昏暗時，可以增加對比度和亮度，提高成像效果。但是當圖片已經(jīng)很亮時，擴大增益會適得其反。

噪聲：相機芯片電路和信號傳輸電路中形成的干擾信號，導致圖像中出現(xiàn)非實物反映的圖像。拖影：拍攝運動圖像時，同一物體，在圖片上重復成像的現(xiàn)象。