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机器视觉系统中相机的分类
澳门电子游戏平台网站全相机作为机器视觉系统中的核心部件,对于机器视觉系统的重要性是不言而喻的。按照分类的不同,相机又分为很多种:
1、彩色相机、黑白相机:
黑白相机直接将光强信号转换成图像灰度值,生成的是灰度图像;彩色相机能获得景物中红、绿、蓝三个分量的光信号,输出彩色图像。彩色相机能够提供比黑白相机更多的图像信息。彩色相机的实现方法主要有两种,棱镜分光法和Bayer滤波法。棱镜分光彩色相机,利用光学透镜将入射光线的R、G、B分量分离,在三片传感器上分别将三种颜色的光信号转换成电信号,最后对输出的数字信号进行合成,得到彩色图像。
2、CCD相机、CMOS相机
芯片主要差异在于将光转换为电信号的方式。对于CCD传感器,光照射到像元上,像元产生电荷,电荷通过少量的输出电极传输并转化为电流、缓冲、信号输出。对于CMOS传感器,每个像元自己完成电荷到电压的转换,同时产生数字信号。
3、按靶面类型分类:面阵相机、线阵相机
相机不仅可以根据传感器技术进行区分,还可以根据传感器架构进行区分。有两种主要的传感器架构:面扫描和线扫描。面扫描相机通常用于输出直接在监视器上显示的场合。线扫描相机用于连续运动物体成像或需要连续的高分辨率成像的场合。线扫描相机的一个自然的应用是静止画面(Web Inspection)中要对连续产品进行成像,比如纺织、纸张、玻璃、钢板等。同时,线扫描相机同样适用于电子行业的非静止画面检测。像德国Kappa相机根据它CCD的规格也会有线阵、面阵之分。
4、按输出模式分类:模拟相机、数字相机
根据相机数据输出模式的不同分为模拟相机和数字相机,模拟相机输出模拟信号,数字相机输出数字信号。模拟相机和数字相机还可以进一步细分,比如德国Kappa相机按数据接口又包括:USB 2.0接口、EE 1394 a / Fire Wire、Camera Link 接口、千兆以太网接口。模拟相机分为逐行扫描和隔行扫描两种,隔行扫描相机又包含EIA、NTSC、CCIR、PAL等标准制式。有关接口技术的详细先容请参考采集卡及采集技术部分。
在选择一款澳门电子游戏平台网站全数字相机时,物体成像的速度必须充分考虑好。例如,假设在拍摄过程中,物体在曝光中没有移动,可用相对简单和便宜的澳门电子游戏平台网站全相机;对于静止或缓慢移动的物体,面阵澳门电子游戏平台网站全相机最适合于对静止或移动缓慢的物体成像。因为整个面阵区域必须一次曝光,在曝光时间当中任何的移动会导致图像的模糊,但是,运动模糊可以通过减少曝光时间或使用闪光灯来控制;对于快速移动的物体,当对运动的物体使用一个面阵澳门电子游戏平台网站全相机时,需要考虑在曝光时间当中处于澳门电子游戏平台网站全相机当中的运动对象数量,还需要考虑物体上能用一个像素表征的最小特征,也就是对象分辨率,在采集运动物体的图像的拇指规则就是曝光必须发生在采集物体移动量小于一个像素的时间内。如果你采集的物体是在以1厘米/秒的速度匀速移动,而且物体分辨率已经设置为1 pixel/mm,那么需要的最大曝光时间是1/10每秒。因为物体移动一个距离恰好等于相机传感器中的一个像素,当使用最大曝光时间时这里会有一定数量的模糊。在这种情况下,一般倾向于将曝光时间设置的比最大值要快,比如1/20每秒,就能保持物体在移动半个像素内成像。如果同样的物体以1厘米/秒的速度移动,物体分辨率为1 pixel/微米,那么一秒中所需要的最大曝光是1/10000.曝光设置的对快取决于所采用的相机,还有你是否能够给物体足够的光来获得一幅好的图像。
CCD视觉系统如何确定所需澳门电子游戏平台网站全镜头的焦距-澳门电子游戏平台网站全
为特定的应用场合选择合适的澳门电子游戏平台网站全镜头时必须考虑以下因素:
? 视野 - 被成像区域的大小。
? 工作距离 (WD) - 摄像机镜头与被观察物体或区域之间的距离。 
? CCD - 摄像机成像传感器装置的尺寸。

? 这些因素必须采取一致的方式对待。如果在测量物体的宽度,则需要使用水平方向的 CCD 规格,等等。如果以英寸为单位进行测量,则以英尺进行计算,最后再转换为毫米。




参考如下例子:有一台 1/3” C 型安装的 CDD 摄像机(水平方向为 4.8 毫米)。物体到镜头前部的距离为 12”(305 毫米)。视野或物体的尺寸为2.5”(64 毫米)。换算系数为 1” = 25.4 毫米(经过圆整)。
 
FL = 4.8 毫米 x 305 毫米 / 64 毫米
FL = 1464 毫米 / 64 毫米
FL = 按 23 毫米镜头的要求
FL = 0.19” x 12” / 2.5”
FL = 2.28” / 2.5”
FL = 0.912” x 25.4 毫米/inch
FL = 按 23 毫米镜头的要求
注:勿将工作距离与物体到像的距离混淆。工作距离是从镜头前部到被观察物体之间的距离。而物体到像的距离是 CCD 传感器到物体之间的距离。计算要求的镜头焦距时,必须使用工作距离。

CCD和CMOS的区别-澳门电子游戏平台网站全

       CCD和CMOS在制造上的主要区别是CCD是集成在半导体单晶材料上,而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上,工作原理没有本质的区别。CCD只有少数几个厂商例如SONY、松下等掌握这种技术。而且CCD制造工艺较复杂,采用CCD的摄像头价格都会相对比较贵。事实上经过技术改造,目前 CCD和CMOS的实际效果的差距已经减小了不少。而且CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD不少,所以很多摄像头生产厂商采用的CMOS感光元件。成 像方面:在相同像素下CCD的成像通透性、明锐度都很好,色彩还原、曝光可以保证基本准确。而CMOS的产品往往通透性一般,对实物的色彩还原能力偏弱,曝光也都不太好,由于自身物理特性的原因,CMOS的成像质量和CCD还是有一定距离的。但由于低廉的价格以及高度的整合性,因此在摄像头领域还是得到了广泛的应用。


       CCD是目前比较成熟的成像器件,CMOS被看作未来的成像器件。因为CMOS结构相对简单,与现有的大规模集成电路生产工艺相同,从而生产成本可以降低。从原理上,CMOS的信号是以点为单位的电荷信号,而CCD是以行为单位的电流信号,前者更为敏感,速度也更快,更为省电。现在高级的CMOS并不比一般CCD差,但是CMOS工艺还不是十分成熟,普通的SMOS一般分辨率低而成像较差。


       CCD或CMOS,基本上两者都是利用矽感光二极体(photodiode)进行光与电的转换。这种转换的原理与各位手上具备“太阳电能”电子计算机的“太阳能 电池”效应相近,光线越强、电力越强;反之,光线越弱、电力也越弱的道理,将光影像转换为电子数字信号。


       比较CCD和CMOS的结构,ADC的位置和数量是最大的不同。简单的说,按澳门电子游戏平台网站全在上一讲“CCD 感光元件的工作原理(上)”中所提之内容。CCD每曝光一次,在快门关闭后进行像素转移处理,将每一行中每一个像素(pixel)的电荷信号依序传入“缓 冲器”中,由底端的线路引导输出至CCD 旁的放大器进行放大,再串联ADC输出;相对地,CMOS的设计中每个像素旁就直接连着ADC(放大兼类比数字信号转换器),讯号直接放大并转换成数字信号。


两者优缺点的比较

CCD与CMOS

       由于构造上的基本差异,澳门电子游戏平台网站全可以列出两者在性能上的表现之不同。CCD的特色在于充分保持信号在传输时不失真(专属通道设计),透过每一个像素集合至单一放大器上再做统一处理,可以保持资料的完整性;CMOS的制程较简单,没有专属通道的设计,因此必须先行放大再整合各个像素的资料。


       整体来说,CCD与CMOS两种设计的应用,反应在成像效果上,形成包括ISO感光度、制造成本、解析度、噪点与耗电量等,不同类型的差异:

       ISO感光度差异:由于CMOS每个像素包含了放大器与A/D转换电路,过多的额外设备压缩单一像素的感光区域的表面积,因此相同像素下,同样大小之感光器尺寸,CMOS的感光度会低于CCD。

       成本差异:CMOS应用半导体澳门电子游戏平台网站全常用的MOS制程,可以一次整合全部周边设施于单晶片中,节省加工晶片所需负担的成本和良率的损失;相对地CCD采用电荷传递的方式输出资讯,必须另辟传输通道,如果通道中有一个像素故障(Fail),就会导致一整排的讯号壅塞,无法传递,因此CCD的良率比CMOS低,加上另辟传输通道和外加ADC等周边,CCD的制造成本相对高于CMOS。

       解析度差异:在第一点“感光度差异”中,由于CMOS每个像素的结构比CCD复杂,其感光开口不及CCD大,相对比较相同尺寸的CCD与CMOS感光器时,CCD感光器的解析度通常会优于CMOS。不过,如果跳脱尺寸限制,目前业界的CMOS感光原件已经可达到1400万像素/全片幅的设计,CMOS技术在量率上的优势可以克服大尺寸感光原件制造上的困难,特别是全片幅24mm-by-36mm这样的大小。

       噪点差异:由于CMOS每个感光二极体旁都搭配一个ADC放大器,如果以百万像素计,那么就需要百万个以上的ADC放大器,虽然是统一制造下的产品,但是每个放大器或多或少都有些微的差异存在,很难达到放大同步的效果,对比单一个放大器的CCD,CMOS最终计算出的噪点就比较多。

       耗电量差异:CMOS的影像电荷驱动方式为主动式,感光二极体所产生的电荷会直接由旁边的电晶体做放大输出;但CCD却为被动式,必须外加电压让每个像素中的电荷移动至传输通道。而这外加电压通常需要12伏特(V)以上的水平,因此CCD还必须要有更精密的电源线路设计和耐压强度,高驱动电压使CCD的电量远高于CMOS。
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