机器视觉之工业摄像机知识点（三）

一、机器视觉相机概述

相机的主要功能是采集图像。较早的相机称为模拟相机，需要配合图像采集卡使用，通过采集卡将模拟电信号转换成数字电信号，再传送至电脑。随着IEEE1394，GigE、USB3.0、CameraLink、CoaXPress等数字接口技术的发展和普及，模拟相机逐渐被数字相机所取代。

数字相机遵从一定的通信协议，能够直接将采集到的图像转换为数字电信号，因此已成为机器视觉系统中的主流相机。

二、CCD相机组成与工作原理

1、CCD传感器

电荷耦合件（Charge Coupled Device）是一种半导体成像器件，能感应光线，并将光信号转换为电信号。具有灵敏度高、抗强光、体积小、寿命长、抗震动等优点。典型的CCD相机主要由CCD芯片、驱动电路、信号处理电路、视频输出模块、电子接口电路、光学机械接口等组成。CCD芯片上包含的像元数越多，其提供的画面分辨率越高。

2、CCD相机的工作原理

被摄物体一方的光线经过光学镜头聚焦至CCD芯片上，在驱动电路提供的驱动脉冲下CCD完成光电荷的转换、存储、转移和读取，从而将光学信号转换为电信号输出。信号处理电路接收来自CCD的电信号，并进行采样保持、相关双采样、自动增益控制等预处理，然后进行视频信号合成，即将CCD输出的电信号转换为所需要的视频格式输出。

三、CMOS相机组成与工作原理

1、CMOS传感器

CMOS是Complementary Metal-Oxide-Semiconductor(互补金属氧化物半导体)的缩写，CMOS技术将图像传感器阵列、驱动和控制电路、信号处理器、模/数转换器、全数字接口电路等完全集成在一起，从而提高了CMOS相机的集成度与设计的灵活性。

CMOS相机一般由CMOS图像传感器、外围控制电路、FPGA或DSP处理模块、接口电路组成。

感光芯片将入射的光信号转换为电信号，并以一定形式收集并存储电荷信号然后输出至FPGA芯片。FPGA对该信号做一定的预处理后缓存至内存，以待后续的图像传输。图像的传输经由相应的通讯接口传输至图像接收端。

2、CMOS相机的工作原理

在光电转换这个过程中，CMOS相机的工作流程与CCD相机相似。都是利用光电二极管进行光电转换。两者的主要差异是图像数据传送的方式不同。在CCD传感器中，每一行中每一个像素的电荷数据都会依次传送到下一行像素中，由最底端部分输出，再经由传感器边缘的放大器进行放大，因此信号的输出一致性好；而在CMOS传感器中，每个像素单元都会集成一个放大器及模/数转换电路，CMOS芯片可以直接输出数字信号，大部分CMOS相机设计直接加有FPGA或DSP处理模块，可对图像数据进行滤波、校正等预处理。

 

 

 

四、相机的分类

1、按芯片工艺类型

2、按传感器类型（像素排列方式）

3、按图像模式

4、按信号输出方式

5、其他分类方式

五、相机采集模式

采集模式分为了连续采集、外触发采集和软触发采集三种。

连续采集指相机进行连续曝光，输出实时图像。

外触发采集是指当相机处于外触发模式后，相机处于待机模式，不曝光，只有当相机通过I/O接口收到相机规定的单个脉冲（方波）信号后，传感器曝光一次。

参考：

奥普特机器视觉手册