機(jī)器視覺核心組件包括相機(jī)、鏡頭、光源、pc、智能視覺軟件等，工業(yè)相機(jī)是機(jī)器視覺系統(tǒng)非常重要的的核心組件，按照分為面陣相機(jī)與線陣相機(jī)兩種。其中，面陣相機(jī)是以面為單位來進(jìn)行圖像采集，可以一次性獲取完整的目標(biāo)圖像，并能及時進(jìn)行圖像采集的相機(jī)。

面陣相機(jī)按照其圖像傳感器的結(jié)構(gòu)或排列方式分為幀轉(zhuǎn)移、隔列轉(zhuǎn)移、線轉(zhuǎn)移以及全幀轉(zhuǎn)移四種類型，每種類型都有著各自的特點(diǎn)。

1、幀轉(zhuǎn)移面陣相機(jī)

幀轉(zhuǎn)移面陣相機(jī)的CCD圖像傳感器是由成像區(qū)、暫存區(qū)和水平移位寄存器這三部分構(gòu)成的。成像區(qū)是由并行排列的若干個電荷耦合溝道組成的，暫存區(qū)的結(jié)構(gòu)和單元數(shù)目都與成像區(qū)相同，暫存區(qū)與水平移位寄存器均被金屬鋁所遮蔽。

幀轉(zhuǎn)移面陣相機(jī)的特點(diǎn)就在于其結(jié)構(gòu)簡單、填充因子較大以及勢阱容量較高，但快門速度不快等方面。

2、隔列轉(zhuǎn)移面陣相機(jī)

隔列轉(zhuǎn)移面陣相機(jī)的CCD圖像傳感器的成像單元是呈二維排列。其中每列成像單元都會被遮光的讀出寄存器及溝阻隔開，成像單元與讀出寄存器之間還有轉(zhuǎn)移控制柵。

隔列轉(zhuǎn)移面陣相機(jī)是在PAL電視制式模式下進(jìn)行工作的，最終在輸出端得到與光學(xué)圖像對應(yīng)的視頻信號，完成成像過程。隔列轉(zhuǎn)移面陣相機(jī)與幀轉(zhuǎn)移面陣相機(jī)相比，轉(zhuǎn)移速度較快，但像元密度較低。

3、線轉(zhuǎn)移面陣相機(jī)

線轉(zhuǎn)移面陣相機(jī)的CCD圖像傳感器與前面兩種相機(jī)相比，取消了存儲區(qū)，多了一個線尋址電路。其成像單元是一行行地緊密排列成面陣的，與幀轉(zhuǎn)移面陣相機(jī)CCD的成像區(qū)類似，但其每一行都有確定的地址。

線轉(zhuǎn)移面陣相機(jī)具有有效光敏面積大、轉(zhuǎn)移速度快、轉(zhuǎn)移效率高的優(yōu)勢，但電路較為復(fù)雜也使得其應(yīng)用范圍受到了很大的限制。

4、全幀轉(zhuǎn)移面陣相機(jī)

相比之下，全幀轉(zhuǎn)移面陣相機(jī)的CCD圖像傳感器的結(jié)構(gòu)就相對簡單多了，其沒有暫存區(qū)，也沒有垂直移位寄存器。它提供了最大的填充因子，每個像元既可以收集光電荷，又能實(shí)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移。

全幀轉(zhuǎn)移面陣相機(jī)最大的特點(diǎn)就在于其體積小，可以微型化，非常適合應(yīng)用于醫(yī)用以及工業(yè)電子內(nèi)窺鏡中。

工作原理

CCD(Charge Coupled Device)，即感光耦合元件，應(yīng)用中通常以百萬像素為基本單位。CCD主要材質(zhì)為硅晶半導(dǎo)體，透過光電效應(yīng)，由感光元件表面感應(yīng)來源光線，從而轉(zhuǎn)換成儲存電荷的能力。

CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)，即互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體。CMOS的材質(zhì)主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N（帶正電）和P（帶負(fù)電）級的半導(dǎo)體，這兩個互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流，經(jīng)過處理后直接轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字信號。

CCD與CMOS傳感器是當(dāng)前被普遍采用的兩種圖像傳感器，兩者都是利用感光二極管進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，主要差異是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳送的方式不同。

由于構(gòu)造上的差異，兩者在性能上的表現(xiàn)有所不同，CCD的特色在于充分保持信號在傳輸時不失真，可以保持資料的完整性。CMOS的制程較簡單，沒有專屬通道的設(shè)計(jì)，必須先行放大再整合成像，容易產(chǎn)生圖像噪聲。

面陣相機(jī)的應(yīng)用

面陣相機(jī)作為工業(yè)相機(jī)的一個類別，在機(jī)器視覺應(yīng)用中也是很廣泛的?？梢远虝r曝光，利于搶拍動態(tài)景物，也可以拍靜態(tài)景物。工作模式也是多樣化的，如連續(xù)模式、觸發(fā)模式、異步復(fù)位模式等。每一種工作模式，都有著各自的應(yīng)用優(yōu)勢，對于機(jī)器視覺系統(tǒng)的應(yīng)用也有著極大的促進(jìn)作用。

由于面陣相機(jī)的各種優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)器視覺行業(yè)中，面陣相機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，比如：

1、一維碼、二維碼的解碼、自動光學(xué)檢查。

2、模式識別，色彩和瑕疵檢測。

3、產(chǎn)品質(zhì)量等級分類

4、印刷品質(zhì)量自動化檢測

5、文字識別

6、紋理識別

面陣相機(jī)和鏡頭選型

比如被檢測物體大小為A*B,要求能夠分辨小于C的精度，工作距為D 。則選型：

1. 短邊對應(yīng)的像素?cái)?shù) E = B/C，相機(jī)長邊和短邊的像素?cái)?shù)都要大于E。

2. 像元尺寸 = 物體短邊尺寸B / 所選相機(jī)的短邊像素?cái)?shù)。

3. 放大倍率 = 所選相機(jī)芯片短邊尺寸 / 相機(jī)短邊的視野范圍。

4. 物體精度 = 像元尺寸 / 放大倍率 （判斷是否小于C）。

5. 物鏡的焦距 = 工作距離 / (1+1 / 放大倍率)， 單位：mm。

6. 像面的分辨率要大于 1 / (2*0.1*放大倍率) ，單位：lpmm 。

以上只針對鏡頭的主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算選擇，其他如畸變、景深環(huán)境等，可根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行選擇。

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