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工業(yè)相機(jī)又稱攝像機(jī),相比于傳統(tǒng)的民用相機(jī)(攝像機(jī))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(jī)大多是基于CCD(Charge CoupledDevice)或CMOS(Complementary MetalOxide Semiconductor)芯片的相機(jī)。
相機(jī)分類
按照芯片類型:CCD相機(jī)、CMOS相機(jī);
按照傳感器的結(jié)構(gòu)特性:線陣相機(jī)、面陣相機(jī);
按照掃描方式:隔行掃描相機(jī)、逐行掃描相機(jī);
按照分辨率:普通分辨率相機(jī)、高分辨率相機(jī);
按照輸出信號(hào)方式:模擬相機(jī)、數(shù)字相機(jī);
按照輸出色彩:?jiǎn)紊ê诎祝┫鄼C(jī)、彩色相機(jī);
按照輸出信號(hào)速度:普通速度相機(jī)、高速相機(jī);
按照響應(yīng)頻率范圍:可見(jiàn)光(普通)相機(jī)、紅外相機(jī)、紫外相機(jī)等。
CCD和CMOS
CCD是目前機(jī)器視覺(jué)最為常用的圖像傳感器。CCD相機(jī)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(guò)光學(xué)鏡頭聚焦至CCD芯片上,在驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)脈沖下CCD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的突出特點(diǎn)是以電荷作為信號(hào),而不同于其它器件是以電流或者電壓為信號(hào)。CCD作為一種功能器件,與真空管相比,具有無(wú)灼傷、無(wú)滯后、低電壓工作、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。
CMOS圖像傳感器的開(kāi)發(fā)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)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(guò)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(hào)放大器、信號(hào)讀取電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、圖像信號(hào)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(jī)訪問(wèn)的優(yōu)點(diǎn)。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(dòng)態(tài)范圍等特點(diǎn)在高分辨率和高速場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。
區(qū)別:當(dāng)強(qiáng)光照射CCD傳感器時(shí),采集的圖像中會(huì)出現(xiàn)光暈(Blooming) 和拖尾(Smear)現(xiàn)象,嚴(yán)重影響成像質(zhì)量。
解決方法:調(diào)整相機(jī)增益;減少光線或者曝光時(shí)間,增加CCD讀出速率;選擇CMOS芯片(結(jié)構(gòu)上解決)。
相機(jī)基本術(shù)語(yǔ)
像素:感光器件上的基本感光單元,即相機(jī)識(shí)別到的圖像上的最小單元(圖中的每一個(gè)小格就是一個(gè)像素)。
像元與像元尺寸:像元是芯片的組成單位,是實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換的基本單元。像元尺寸一般為微米級(jí)(3-10微米)
像元深度:每像素?cái)?shù)據(jù)的位數(shù),對(duì)于黑白相機(jī)來(lái)說(shuō),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(shí)間:是指相機(jī)從快門打開(kāi)到關(guān)閉的時(shí)間間隔,曝光時(shí)間越長(zhǎng),圖片越亮,同時(shí),抗震動(dòng)能力越差。對(duì)運(yùn)動(dòng)物體拍攝時(shí),曝光時(shí)間越長(zhǎng),產(chǎn)生的拖影越長(zhǎng)。過(guò)長(zhǎng)的曝光時(shí)間會(huì)使相機(jī)的幀率降低。
分辨率:圖像上單個(gè)單個(gè)像素所代表的實(shí)際尺寸,分辨率=視野/像素?cái)?shù)(同方向)。
幀率:?jiǎn)挝粸镕PS(frame per second),即幀/秒,指相機(jī)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(jī)一秒鐘最大能采集15幅圖像。一般來(lái)說(shuō),分辨率越大的相機(jī),幀率越低。最高幀率是相機(jī)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(jī)的速度即行頻的單位是KHz。比如:12KHz表示線陣工業(yè)相機(jī)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(shí)擴(kuò)大,當(dāng)圖片比較昏暗時(shí),可以增加對(duì)比度和亮度,提高成像效果。但是當(dāng)圖片已經(jīng)很亮?xí)r,擴(kuò)大增益會(huì)適得其反。
噪聲:相機(jī)芯片電路和信號(hào)傳輸電路中形成的干擾信號(hào),導(dǎo)致圖像中出現(xiàn)非實(shí)物反映的圖像。拖影:拍攝運(yùn)動(dòng)圖像時(shí),同一物體,在圖片上重復(fù)成像的現(xiàn)象。