1、- 1 -工業(yè)相機介紹工業(yè)相機介紹- 2 -工業(yè)相機分類相機分類- 3 -按芯片類型按芯片類型CCD相機CMOS相機按傳感器結構特征按傳感器結構特征 線陣相機面陣相機按掃描方式按掃描方式隔行掃描逐行掃描按分辨率大小按分辨率大小普通分辨率高分辨率按輸出信號按輸出信號模擬相機數(shù)字相機按輸出色彩按輸出色彩黑白相機彩色相機按輸出數(shù)據(jù)速度按輸出數(shù)據(jù)速度普通速度相機高速相機按響應頻率范圍按響應頻率范圍可見光（普通）紅外、紫外 一、工業(yè)相機分類一、工業(yè)相機分類- 4 -CCD &CCD相機相機- 5 -相機芯片相機芯片l有不同大小的芯片- 6 -實物實物圖像圖像? 如何準確地描述一幅圖像圖像采集和處

2、理的過程，最基本的是要把實物盡量真實地反映到虛擬的圖像上 二、二、CCD&CMOSCCD&CMOS相機相機- 7 - 感光芯片的設計思想：就是分割被描述區(qū)域，用相應的灰度填充。 二、二、CCD&CMOSCCD&CMOS相機相機- 8 - CCDCCDlCharged Coupled Device: 電荷耦合器l大量的獨立的光敏元件排列在一起l每個光敏元件稱為像素 像素像素l圖像的基本單位：最小的視覺顯示單位. 二、二、CCD&CMOSCCD&CMOS相機相機- 9 -實物圖像數(shù)字量光子模擬量（電壓）電荷 二、二、CCD&CMOSCCD&a

3、mp;CMOS相機相機- 10 -l感光二極管（Photodiode）l并行信號寄存器（Shift Register） -用于暫時儲存感光后產生的電荷l串行信號寄存器（Transfer Register）l-用于暫時儲存并行積存器的模擬信號并將電荷轉移放大l信號放大器-用于放大微弱電信號l數(shù)摸轉換器-將放大的電信號轉換 成數(shù)字信號 二、二、CCD&CMOSCCD&CMOS相機相機- 11 - 二、二、CCD&CMOSCCD&CMOS相機相機- 12 -隔行傳輸式（Interline Transfer）-感光元件產生電信號-電荷轉移到并行寄存器-電荷從并行寄存器轉

4、移到串行寄存器-串行寄存器將電信號轉到模擬寄存器-放大、數(shù)摸轉換、數(shù)字信息v快速-暴光和數(shù)據(jù)讀出可同時進行v可采用軟件控制的電子快門工作動態(tài)范圍小 二、二、CCD&CMOSCCD&CMOS相機相機- 13 -全幀（Full Frame）-感光元件產生電信號-電荷轉移到串行寄存器-放大、數(shù)摸轉換、數(shù)字信息v動態(tài)范圍寬v信噪比高v分辨率高成像速度慢必須借助機械快門控制暴光量 二、二、CCD&CMOSCCD&CMOS相機相機- 14 -全轉（Full Fransfer）-綜合Full Frame和Interline Transfer特點，在器件上劃分感光區(qū)和寄存區(qū)-暴

5、光和數(shù)據(jù)轉移可以同時進行v保證單位像素上的感光面積v保證了拍攝速度 二、二、CCD&CMOSCCD&CMOS相機相機- 15 -數(shù)字化（數(shù)字化（Digitization）-模擬信號轉換成數(shù)字信號模擬信號轉換成數(shù)字信號 計算機運用計算機運用2進制運算法則來將進制運算法則來將CCD采集的電信號轉換成數(shù)采集的電信號轉換成數(shù)字信號字信號 12bit=4096；14bit=16384；16bit=65536 應用軟件將運用一定的運算法則來決定最適合顯示器灰度級應用軟件將運用一定的運算法則來決定最適合顯示器灰度級別的數(shù)據(jù)別的數(shù)據(jù) 二、二、CCD&CMOSCCD&CMOS相機

6、相機- 16 -l像素合并（Binning）l -將相臨的像素所堆積的電荷進行合并并當作一個單一的像素輸出信號l -提高靈敏度（2x2bin提高4倍靈敏度）l -降低分辨率（2x2bin降低一半的分辨率） 二、二、CCD&CMOSCCD&CMOS相機相機- 17 -l互補金屬氧化物半導體（互補金屬氧化物半導體（CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor） -核心元件：感光二極管核心元件：感光二極管（Photodiode） -同一像點當中包含放大器和數(shù)模同一像點當中包含放大器和數(shù)模轉換電路（一個感光二極管和三轉換電路（一個感光二極管和

7、三顆晶體管）顆晶體管） -開口率底（開口率：有效感光區(qū)開口率底（開口率：有效感光區(qū)與整個感光元件面積比值）與整個感光元件面積比值） -靈敏度底、噪聲明顯靈敏度底、噪聲明顯 -數(shù)模轉換無法保證嚴格一致數(shù)模轉換無法保證嚴格一致 二、二、CCD&CMOSCCD&CMOS相機相機- 18 -CCD sensor放大A/D光子電子電壓數(shù)字信號CMOS 芯片可以在像素上同時完成這兩個步驟CCD與與CMOS的光電轉換示意圖的光電轉換示意圖由上面兩圖可看出由上面兩圖可看出：CMOS和CCD最大的區(qū)別是 CMOS的 電荷到電壓轉換過程是在每個像素上完成的 二、二、CCD&CMOSCCD&

8、amp;CMOS相機相機- 19 - 二、二、CCD&CMOS相機相機- 20 -CCD與與CMOS比較比較1. 由于上面所說的結構，CCD的電路更改就更方便。 而由于CMOS的過分集成，電路更改就不方便。但可靠性高。 CMOS功耗小。2. CMOS躁聲大。3. CMOS靈敏度差。4. CMOS速度快。由結構決定。5. 成本CMOS便宜一些。 二、二、CCD&CMOSCCD&CMOS相機相機- 21 -從以上的對比可以看出： CCD在圖像的質量上更有優(yōu)勢。而常見的高速攝像頭則會采用CMOS芯片。 二、二、CCD&CMOSCCD&CMOS相機相機- 22

9、-CCD芯片的工作方式要經歷的過程：A 、 光電轉換，B 、電荷儲存，C 、電荷轉移，D 、信號放大 二、二、CCD&CMOSCCD&CMOS相機相機- 23 -l相機（光電轉換器，完成信號轉換）l 種類：線&面、隔/逐、黑/彩、數(shù)/模、低/高、CCD/CMOSl 指標：象元尺寸、分辨率、靶面大小、感應曲線、動態(tài)范圍、靈敏度、速度、噪聲、填充因子、體積、質量、工作環(huán)境等l 工作模式：Free run、Trigger（多種）、長時間曝光等 A/DCCD 二、二、CCD&CMOSCCD&CMOS相機相機- 24 -成像方式CCD大小信噪比信號制式圖像像素最低

10、照度同步系統(tǒng)快門速度局部掃描讀出模式觸發(fā)快門增益 三、三、CCDCCD相機相關參數(shù)、概念相機相關參數(shù)、概念- 25 -lProgressive Scan 逐行掃描lInterlance Scan 隔行掃描成像方式 三、三、CCDCCD相機相關參數(shù)、概念相機相關參數(shù)、概念- 26 -成像方式隔行隔行/逐行逐行Vertical ccd registerHorizontal ccd registerShutterOddEvenPhoto diode(pixel)XsubXsg1Xsg2Moving objectVideooutXsubVertical ccd registerHorizontal c

11、cd registerShutterPhoto diode(pixel)Xsg1 三、三、CCDCCD相機相關參數(shù)、概念相機相關參數(shù)、概念- 27 -CCD信號制式從分辨率上看，CCIR對應于PAL，EIA對應于NTSC。l彩色CCD制式：lNTSC(美國國家電視系統(tǒng)委員會制式)H 59.94Hz / V15.734Hz V:H為4:3 應用在美國和日本lPAL(相位逐行交變制式)H50Hz / V15.625Hz 應用在歐洲和中國l黑白CCD制式：lEIA(RS170)30幀/s 60場 H15.75Hz 在美國及日本通用lCCIR25幀/s 50場 H15.625Hz 在歐洲及中國通用 三

12、、三、CCDCCD相機相關參數(shù)、概念相機相關參數(shù)、概念- 28 -CCD信號制式從分辨率上看，CCIR對應于PAL，EIA對應于NTSC。 三、三、CCDCCD相機相關參數(shù)、概念相機相關參數(shù)、概念- 29 -CCD芯片尺寸l特殊之處：1inch = 16mm 25.4mm 三、三、CCDCCD相機相關參數(shù)、概念相機相關參數(shù)、概念- 30 -CCD芯片尺寸相機芯片尺寸 鏡頭尺寸相機芯片尺寸 三、三、CCDCCD相機相關參數(shù)、概念相機相關參數(shù)、概念- 31 -快門速度 快門速度就是用來控制曝光時間的裝置，一般而言，快門速度跨越的時間范圍越大越好 如:1/301/16,000 10 steps 1/

13、151/8,000 10 steps 三、三、CCDCCD相機相關參數(shù)、概念相機相關參數(shù)、概念- 32 -圖像像素圖像像素640 x 480 800 x 600 1024 x 768 1280 x 1024 1600 x 1200 三、三、CCDCCD相機相關參數(shù)、概念相機相關參數(shù)、概念- 33 -l圖像分辨率：l一般的，假定算法的精度是一個像素，需要檢測的某個方向的尺寸為X，希望檢測的精度為X，那么我們需要的分辨率就是：l X / Xl如，檢測一個長度約為10mm的工件，精度為0.01mm，則圖像需要10/0.011000像素l對于選擇線掃描相機，水平方向的分辨率計算如上。垂直方向的分辨率 = 掃描速度/行頻。l掃描速度 ： 被測物體每秒鐘在垂直方向上移動的距離。圖像分辨率 三、三、CCDCCD相機相關參數(shù)、概念相機相關參數(shù)、概念- 34 -最低照度最低照度是測量攝像機感光度的一種方法，換句話說，攝像機在多黑的條件下能看到可用的影像。 正常工作所需照度 13Lux 正常工作所需照度 0.1Lux 正常工作所需照度 0.01Lux 采用紅外照明，沒有光線也可成像 三、三、CCDCCD相機相關參數(shù)、概念相機相關參數(shù)、概念- 35 -相機接口類型 接口類型后截距螺紋尺寸C Mount17.526mm25.4mm 32tpi threadCS Mount12.5mm25.4m