工业相机概述

工业相机是机器视觉系统中关键的组件之一。将光信号转换为有序的电信号，可根据数据传输方式分为ccd/cmos，也可根据结构特性分为线阵/面阵；选择主要取决于使用场景、分辨率、帧率等因素影响图像质量的直接因素是结合像元大小、靶尺寸等参数。

1.芯片类型。

一般来说，工业相机可根据芯片类型分为CCD和CMOS，这里分别介绍。

1.CCD

感光元件发光后，将光信号转换为电信号，产生与光强相对应的电流（模拟信号）。在CCD传感器中，每个传感器元件不进一步处理，而是直接输出到垂直寄存器、水平寄存器，终放大统一输出（由于电信号太弱、电压损失、模量转换不能直接进行，因此必须统一放大这些输出数据——CD传感器中的放大器负责任务）。放大器处理后，每个像点的电信号强度相同增加（由于信号通过放大器放大，噪声较小）。然后通过模数转换芯片转换为数字信号，以二进制数字图像矩阵的形式输出到特殊的DSP处理芯片。

2.CMOS。

与CCD的工作模式相比，当传感器二极管接收光时，CMOS传感器中的每个传感器元件直接集成放大器和模数转换逻辑。在生成模拟电信号后，电信号首先被传感器元件中的放大器放大，然后直接转换为相应的数字信号。换句话说，在CMOS传感器中，每个传感器元件都可以产生终的数字输出，数字信号合并后直接发送到DSP芯片处理。由于放大器是一个模拟器件，很难确保每个像点的放大率严格一致，因此放大后的图像数据不能代表终输出结果，使质量明显低于CCD传感器，但该技术有了很大的改进。

二、结构类型。

面阵相机。视觉系统中常提到的是面阵相机，其传感器包含多行感光元素，常用尺寸为1.2/3.1/2.1/3英寸，单帧图像可获得完整的二维信息。

线阵相机。与面阵相机相比，线阵相机通常只有一行感光元素（灰度），因此通常具有更高的扫描频率和分辨率。常用于检测连续材料，如布料、滚筒等。被测物体通常以均匀的速度运动（或速度可测），并用一台或多台相机逐一扫描，以均匀地检测整个表面。与面阵相机相比，线阵相机的分辨率更高。它更适用于一些工业生产线。高反应场景，但需要与相应的转台/传送带相结合。线光源等。

3.关键参数。

1.分辨率(resolution)

工业智能相机通常类似于光电传感器的有效像素(用于有效转换和输出图像信号的像素)。分辨率越高，图像越清晰，细节恢复得越好。

2.像素深度(Pixeldepth)

也就是说，以灰度相机为例，每个像素数据的位数通常采用8bit(255灰度级)。目前支持16bit(6535灰度级)，细节更加丰富。

单帧图像的大小可以通过分辨率、像素深度等参数来计算。比如对于像素深度为8bit的500万像素，理论上应该有整张图片(BMP、JPG有损压缩):

3.帧率(Framerate)/行频(Linerate)

相机采集和传输图像的速率通常是每秒采集的帧数(Frames/Sec)，而线阵相机每秒采集的行数(Hz)。

4.曝光方式(Exposure)和快门速度(Shuter)

对于工业线阵相机，可以选择固定频率和外部触发同步采集，曝光时间可以与行周期一致，也可以设置固定时间；面阵相机有几种常见的方式，如全球曝光和卷帘曝光，全球曝光通常不存在拖影等问题。短的曝光时间可以达到ns级。同时，曝光时间可以直接影响帧率等问题，通常当曝光时间超过一定阈值时，会导致相机帧率的显著下降，具体原因将在后续介绍。

5.像元尺寸(Pixelsize)

像元的大小和像元的大小（分辨率）决定了相机靶面的大小。目前，工业数字相机的像元尺寸一般为3μm-10μm。一般来说，像元尺寸越小，制造难度越大，图像质量越难提高。

6.光谱响应特性(Spectralrange)

它是指像元传感器对不同光波的敏感特性。一般响应范围为350nm-1000nm，大部分对近红外敏感。因此，在某些场景中，可以补充红外光源，突出关键部位的图像效果。