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机器视觉相机类型及区别

点击:1422 日期:2015-01-22 选择字号:
一、按照相机芯片分类,可分类为CMOS相机和CCD相机
二、按照扫描方式分类,可分类为隔行扫描相机和逐行扫描相机
三、按照输出信号方式分类,可分为模拟相机和数字相机
四、按照传感器的结构特性分类,可分为面阵相机和线阵相机

下面介绍各类相机的特性:
1.CCD(电荷耦合器件)
 目前常用CCD的有三种结构, 全帧转移、帧传输和行转移。
行转移(Interline Transfer)
在三种结构中,行转移是最常使用的一种,多数中、低端产品都使用这种方式。
全帧转移(Full frame )
 全帧转移结构最简单,感光区和存储区在一起,可获得100%的fill factor。缺点是为避免图像漏光,在读出时要阻止外界光线进入。这可以通过使用机械快门、使用频闪灯的方法实现,或者使曝光时间远远大于读出时间,以尽量减少漏光。
帧传输(Frame transfer)
 帧传输结构是感光区和存储区完全分开,且大小相等。曝光后的信号电荷以非常快的速度(通常小于帧周期的1%)转移到存储区,然后逐行输出。很明显,帧传输传感器可获得100%的fill factor,而且在读出过程中,可对下一帧曝光。缺点是芯片尺寸大,成本高。
2.CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器
 CMOS传感器和CCD传感器在感光部分原理是相同的,不同的是在每个像素单元中,除感光部分外,还有放大器和读出电路部分,整个CMOS传感器还集成了寻址电路、放大器和A/D。
3.CCD和CMOS的主要性能比较
 满阱容量差异:由于CMOS传感器的每个像素包括一个感光二极管、放大器和读出电路,同时整个传感器还包括寻址电路和A/D,使得每个像素的感光区域远小于像素本身的表面积,因此在像素尺寸相同的情况下,CMOS传感器的满阱能力要低于CCD传感器。
 成本差异:由于CMOS传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS工艺,可以轻易地将周边电路(如AGC、CDS、时序、或DSP等)集成到传感器芯片中,因此可以节省外围芯片的成本。
4.工业逐行扫描相机和隔行扫描相机的区别
 隔行、逐行只是数据处理方式的不同。是先提取奇数行的数据形成图像轮廓,再用偶数行数据补充,因那时的技术限制,数据处理速度跟不上,就采取隔行方式,用于连续图像。尽管从技术层面来讲逐行扫描CCD是好一些,但从日本的相关资料了解到,由于同样大小CCD像素的不断增加, CCD中传送信号的通路无法适应逐行扫描得到的一次性的大量的数据,会造成图象处理速度的下降。因此在高像素的数码相机中隔行扫描的技术的应用越来越多。
5.工业模拟相机和数字相机的区别
 模拟输出相机与数字输出相机之间的区别在于:模拟相机的视频输出是用模拟电信号传输视频信号,这种相机通常用于闭路电视,或者与数字化视频波形的采集卡相连;数字相机其内部有一个A/D转换器,数据以数字形式传输,能够直接显示在电脑或电视屏幕上,因而数字输出相机可以避免传输过程的图像衰减或噪声.
6.工业面阵相机和线阵相机的区别
 线阵相机:
 线阵CCD工业相机主要应用于工业、医疗、科研与安全领域的图象处理。在机器视觉领域中,线阵工业相机是一类特殊的视觉机器。与面阵工业相机相比,它的传感器只有一行感光元素,因此使高扫描频率和高分辨率成为可能。线阵工业相机的典型应用领域是检测连续的材料,例如金属、塑料、纸和纤维等。被检测的物体通常匀速运动,利用一台或多台工业相机对其逐行连续扫描,以达到对其整个表面均匀检测。可以对其图象一行一行进行处理,或者对由多行组成的面阵图象进行处理。另外线阵工业相机非常适合测量场合,这要归功于传感器的高分辨率,它可以准确测量到微米。
 线阵工业相机,机顾名思义是呈“线”状的。虽然也是二维图象,但极长,几K的长度,而宽度却只有几个象素的而已。一般上只在两种情况下使用这种相机:一、被测视野为细长的带状,多用于滚筒上检测的问题。二、需要极大的视野或极高的精度。
 需要极大的视野或极高的精度的情况下,需要用激发装置多次激发相机,进行多次拍照,再将所拍下的多幅“条”形图象,合并成一张巨大的图。因此,用线阵型工业相机,必须用可以支持线阵型工业相机的采集卡。线阵型工业相机价格贵,而且在大的视野或高的精度检测情况下,其检测速度也慢--一般工业相机的图象是400K~1M,而合并后的图象有几个M这么大,速度自然就慢了。
 面阵相机:
 相机像素是指这个相机总共有多少个感光晶片,通常用万个为单位表示,以矩阵排列,例如3百万像素、2百万像素、百万像素、40万像素。百万像素工业相机的像素矩阵为W*H=1000*1000。
 工业相机分辨率,指一个像素表示实际物体的大小,um*um表示。数值越小,分辨率越高
 FOV是指相机实际拍摄的面积,以毫米×毫米表示。FOV是由像素多少和分辨率决定的。相同的相机,分辨率越大,它的FOV就越小。例如 1K*1K的相机,分辨率为20um,则他的FOV=1K*20×1k*20=20mm×20mm,如果用30um的分辨率,他 FOV=1K*30×1k*30=30mm×30mm。
 在图像中,表现图像细节不是由像素多少决定的,而是由分辨率决定的。分辨率是由选择的镜头焦距决定的,同一种相机,选用不同焦距的镜头,分辨率就不同。如果采用20um分辨率,对于1mm*0.5mm的零件,它总共占用像素1/0.02×0.5/0.02=50×25个像素,如果采用30um的分辨率,表示同一个元件,则有1/0.03×0.5/0.03=33×17个像素,显然20um的分辨率表现图像细节方面好过30um的分辨率。
 既然像素的多少不决定图像的分辨率(清晰度),那么大像素工业相机有何好处呢?答案只有一个:减少拍摄次数,提高测试速度。