1.概述

????????相機(jī)是機(jī)器視覺系統(tǒng)的重要組成部分，其最本質(zhì)的功能就是通過CCD/CMOS成像傳感器將鏡頭接收的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行虻碾娦盘?hào)，并將信息通過相應(yīng)接口傳送到計(jì)算機(jī)主機(jī)。

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2.工作原理

????????被攝物體一方的光線經(jīng)過光學(xué)鏡頭聚焦至CCD/CMOS芯片上，在驅(qū)動(dòng)電路中完成光電荷的轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移和讀取，從而將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。

? ? ? ??CCD與CMOS光電轉(zhuǎn)換的原理相同，主要區(qū)別是從芯片讀出數(shù)據(jù)的方式即讀出結(jié)構(gòu)不同：CCD每一行中每一個(gè)像素的電荷數(shù)據(jù)都會(huì)一次傳送到下一行像素中，由最底端部分輸出，再經(jīng)由傳感器邊緣的放大器統(tǒng)一進(jìn)行放大；CMOS每個(gè)像素單元都會(huì)單獨(dú)集成一個(gè)放大器及A/D轉(zhuǎn)換電路，并且通過行列選擇電路芯片可以直接輸出數(shù)字信號(hào)。

2.1 CCD

????????Charge-coupled Device，即電行耦合元件，通常稱為CCD圖像傳感器。CCD是一種半導(dǎo)體器件，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，CCD上植入的微小光敏物質(zhì)稱作像素，一塊CCD上包含的像素?cái)?shù)越多，其提供的畫面分辨率也就越高。

2.2 CMOS
????????Compementary Metal Oxide Semiconductor，即互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體，是電壓控制的一種放大器件，是組成CMOS數(shù)字集成電路的基本單元。

2.3 CCD&CMOS對(duì)比

????????CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優(yōu)于CMOS傳感器，而CMOS傳感器則具有低成本、低功耗、以及高整合度的特點(diǎn)。不過隨著CCD與CMOS傳感器技術(shù)的進(jìn)步，兩者的差異有逐漸縮小的趨勢。

3.分類與區(qū)別

4.相機(jī)參數(shù)/概念

4.1 相機(jī)類型（Camera?type）

????????1）面陣相機(jī)：傳感器像元排列方式為M*N，有多行像素的相機(jī)。

????????2）線陣相機(jī)：傳感器像元排列方式為1*N，只有1或2行的像素的相機(jī)。

4.2 芯片類型（Sensor type）

????????1）CCD：電荷耦合器件。

????????2）CMOS：互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體。

4.3 色彩（Colour）

????????1）黑白

????????2）彩色：3CCD相機(jī)、拜爾相機(jī)

4.4 靶面尺寸（Sensor size）

???????用于接收光信號(hào)的傳感器的尺寸。面陣相機(jī)以芯片對(duì)角線長度來度量；線陣相機(jī)以芯片的橫向長度來度量（這些規(guī)格也是沿襲了視頻真空管的習(xí)慣，并非其實(shí)際尺寸，因此這里的1″=16mm，并非25.4mm）。

4.5 像元尺寸（Pixel size）

????????像元指相機(jī)芯片的最小感光單元，每個(gè)像元對(duì)應(yīng)圖像上的一個(gè)像素。

????????像元尺寸即相機(jī)芯片上每個(gè)像元的實(shí)際物理尺寸。像元尺寸越大，能收到的光子數(shù)量越多，芯片靈敏度越高，感光性越好，圖像越亮。

????????像元尺寸 = 靶面尺寸 / 分辨率（像元個(gè)數(shù)）

4.6 像元深度（Pixel?depth）

????????存儲(chǔ)每個(gè)像素所用的數(shù)據(jù)位數(shù)。一般黑白相機(jī)使用8bit（1Byte）的像元深度，輸出圖像灰度等級(jí)是2的8次方，即0-255共256級(jí)。

4.7 分辨率（Resolution）

????????由相機(jī)芯片陣列排列的像元數(shù)量決定，對(duì)于面陣相機(jī)來說水平像素?cái)?shù)和垂直像素?cái)?shù)的乘積即為相機(jī)分辨率。分辨率越高，對(duì)細(xì)節(jié)展示越明顯。

????????精度 = 單方向視場大小 / 單方向分辨率

4.8 幀率/行頻（Frame Rate/Line Rate）

????????相機(jī)的圖像采集頻率，每秒相機(jī)采集圖像的數(shù)量。面陣相機(jī)幀率單位FPS，即幀/秒；線陣相機(jī)行頻單位Hz，1Hz對(duì)應(yīng)采集一行圖像。分辨率越高的相機(jī)，幀率/行頻越低。

4.9? 曝光時(shí)間（Exposure time）

????????光投射到相機(jī)傳感器芯片上，相機(jī)芯片感光單元（像元）的感光時(shí)間，單位us。曝光時(shí)間越長，圖像越亮。

4.10 曝光方式（Exposure?type）

????????1）行曝光/卷簾曝光：按序逐行曝光芯片像元，曝光時(shí)間與卷簾的開口大小和運(yùn)動(dòng)速度。卷簾快門更適合靜止拍攝。

????????2）幀曝光/全局曝光：每個(gè)像元在同一時(shí)刻同時(shí)曝光，曝光時(shí)間與快門的開關(guān)速度有關(guān)。對(duì)高速抓拍的場合必須使用全局快門的芯片。

4.11??快門類型（Shutter?type）

????????快門是控制光線照射感光元件時(shí)間的裝置。包括：卷簾快門、全局快門、全局復(fù)位（同時(shí)開始曝光，卷簾讀出）

4.12 觸發(fā)方式（Trigger type）

????????1）軟件觸發(fā)：由軟件觸發(fā)相機(jī)拍照，通過傳輸程序控制。

????????2）硬件觸發(fā)：由外部硬件產(chǎn)生觸發(fā)脈沖觸發(fā)，高速動(dòng)態(tài)檢測時(shí)比較可靠。

4.13.?增益（Gain）

????????輸入信號(hào)與輸出信號(hào)放大比例，用來整體提高畫面亮度，單位dB。增益越大，圖片越亮。

4.14 數(shù)據(jù)接口

4.15 光學(xué)接口

????????1）C：螺紋，法蘭距12.5mm，公稱直徑1’’（最常見）

????????2）CS：螺紋，法蘭距17.5mm，公稱直徑1’’

????????3）F：卡口

????????4）K：卡口

4.16 動(dòng)態(tài)范圍（Dynamic range）

????????相機(jī)可探測光信號(hào)的范圍，即相機(jī)所能拍攝“最暗”至“最亮”的范圍，單位dB。相機(jī)動(dòng)態(tài)范圍越大，所能表現(xiàn)的層次越豐富。具有此功能的相機(jī)經(jīng)常被宣傳為 HDR 或 WDR（高或?qū)拕?dòng)態(tài)范圍）

4.17 信噪比（Signal to Noise Ratio）

????????圖像中信號(hào)與噪聲的比值，代表了圖像的質(zhì)量，單位dB。圖像信噪比越高，相機(jī)性能和圖像質(zhì)量越好。

4.18 光譜效應(yīng)（Spectral response）

????????相機(jī)芯片對(duì)不用波長的光線的響應(yīng)能力。

4.19?以太網(wǎng)供電（POE）

????????Power Over Ethernet，以太網(wǎng)供電，可以省去外部電源線。但同時(shí)也少了外部IO控制， 如觸發(fā)頻閃功能。

4.19?高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）

????????High-Dynamic Range，高動(dòng)態(tài)范圍圖像。通過多組不同的曝光參數(shù)來實(shí)現(xiàn)不同亮度范圍內(nèi)的拍攝，最后合成一張圖。針對(duì)采像范圍內(nèi)明暗變化特別大的情況。

5.相機(jī)選型

5.1 確定相機(jī)類型

????????1）對(duì)于靜止檢測或者一般低速的檢測，優(yōu)先考慮卷簾面陣相機(jī)。

????????2）對(duì)于大幅面高速運(yùn)動(dòng)或者滾軸等運(yùn)動(dòng)的特殊應(yīng)用考慮使用線陣相機(jī)。

5.2 確定視野、精度要求

????????1）根據(jù)應(yīng)用場景和待測物體大小大致確定視野大小。

????????2）根據(jù)要求確定像素精度。

5.3 估算分辨率

????????1）短方向分辨率 = 短方向視野 / 要求的像素精度

????????2）分辨率 = 寬度分辨率 * 高度分辨率

????????3）選取接近的標(biāo)準(zhǔn)分辨率?？紤]到相機(jī)邊緣視野的畸變以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求，當(dāng)我們已知精度去計(jì)算分辨率時(shí)，往往要選擇比計(jì)算值更大的分辨率相機(jī)，才能滿足要求。

5.4 確定幀率/行頻

????????1）相機(jī)的幀率要大于或等于檢測速度。當(dāng)被測物體有運(yùn)動(dòng)要求時(shí)，要選擇幀數(shù)較高的工業(yè)相機(jī)。

5.5 確定數(shù)據(jù)接口

????????1）根據(jù)應(yīng)用場景和通訊距離確定通訊接口。

5.6 其他

????????1）無顏色檢測要求一般選用黑白相機(jī)。

????????2）拍攝運(yùn)動(dòng)中的物體快門類型必須選用全局快門。

????????3）幀率在500以上的高速采集相機(jī)使用CMOS相機(jī)。

????????4）根據(jù)相機(jī)類型，分辨率，幀率，接口等參數(shù)大致確定選用相機(jī)，后面再根據(jù)鏡頭的選型反推這里相機(jī)是否正確。

by Ryou2-