工業(yè)數(shù)字相機的應(yīng)用及基礎(chǔ)知識

     隨著科技的飛速發(fā)展，工業(yè)數(shù)字相機在機器視覺、工業(yè)檢測、圖像處理等等方面有著非常廣泛的應(yīng)用，但是工業(yè)相機的相關(guān)知識學(xué)習(xí)渠道相當(dāng)匱乏，經(jīng)過多年的技術(shù)積累， 蘇州瑞文光電科技將工業(yè)數(shù)字相機的相關(guān)基礎(chǔ)知識做一分類整理與大家共享。 
1、在機器視覺檢測技術(shù)中，工業(yè)相機輸入、輸入、輸出接口有下列幾種 
   1).Camera Link; 如: P2-2X-01K40就為Camera Link接口。 
   2).IEEE 1394 ; 如:MV-VS078FC/FM就為1394接口。 
   3).USB2.0 ; 如:MV-VD040SC/SM就為USB接口。 
   4).Ethernet ; 如: MV-VEM200SC/SM就為GigE接口。 
   5).USB3.0 ; 如: MV-VDM130SC/SM就為USB3.0接口。 
2. 知道被測物的長、寬、高以及要求的測量精度，如何來選擇CCD相機和工業(yè)鏡頭，選擇以上器件需要注意什么？ 
   首先要選擇合適的鏡頭。 電子元器件搜索 指出 選擇鏡頭應(yīng)該遵循以下原則； 
   1).與之相配的相機的芯片尺寸是多大； 
   2).相機的接口類型是哪種的，C接口，CS接口還是其它接口。 
   3).鏡頭的工作距離； 
   4).鏡頭視場角； 
   5).鏡頭光譜特性； 
   6).鏡頭畸變率； 
   7).鏡頭機械結(jié)構(gòu)尺寸； 
選擇CCD相機時，應(yīng)該綜合考慮以下幾個方面 
   1).感光芯片類型；CCD還是CMOS 
   2).視頻特點；包括點頻、行頻。 
   3).信號輸出接口； 
   4).相機的工作模式：連續(xù)，觸發(fā)，控制，異步復(fù)位，長時間積分。 
   5).視頻參數(shù)調(diào)整及控制方法：Manual、RS232. 
   同時，選擇CCD的時候應(yīng)該注意，linch=16mm而不是等于25.4mm. 
3. CCD相機與CMOS相機的區(qū)別在哪里？ 
1. 成像過程 
     CCD與CMOS圖像傳感器光電轉(zhuǎn)換的原理相同，他們*主要的差別在于信號的讀出過程不同；由于CCD僅有一個（或少數(shù)幾個）輸出節(jié)點統(tǒng)一讀出，其信號輸出的一致性非常好；而CMOS芯片中，每個像素都有各自的信號放大器，各自進(jìn)行電荷-電壓的轉(zhuǎn)換，其信號輸出的一致性較差。但是CCD為了讀出整幅圖像信號，要求輸出放大器的信號帶寬較寬，而在CMOS 芯片中，每個像元中的放大器的帶寬要求較低，大大降低了芯片的功耗，這就是CMOS芯片功耗比CCD要低的主要原因。盡管降低了功耗，但是數(shù)以百萬的放大器的不一致性卻帶來了更高的固定噪聲，這又是CMOS相對CCD的固有劣勢。 
2. 集成性 
     從制造工藝的角度看，CCD中電路和器件是集成在半導(dǎo)體單晶材料商，工藝較復(fù)雜，世界上只有少數(shù)幾家廠商能夠生產(chǎn)CCD晶元，如DALSA、SONY、松下等。CCD僅能輸出模擬電信號，需要后續(xù)的地址譯碼器、模擬轉(zhuǎn)換器、圖像信號處理器處理，并且還需要提供三組不同電壓的電源同步時鐘控制電路，集成度非常低。而CMOS是集成在被稱作金屬氧化物的版單體材料上，這種工藝與生產(chǎn)數(shù)以萬計的計算機芯片和存儲設(shè)備等半導(dǎo)體集成電路的工藝相同，因此聲場CMOS的成本相對CCD低很多。同時CMOS芯片能將圖像信號放大器、信號讀取電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、圖像信號處理器及控制器等集成到一塊芯片上，只需一塊芯片就可以實現(xiàn)相機的的所有基本功能，集成度很高，芯片級相機概念就是從這產(chǎn)生的。隨著CMOS成像技術(shù)的不斷發(fā)展，有越來越多的公司可以提供高品質(zhì)的CMOS成像芯片，包括：Micron、 CMOSIS、Cypress等。 
3. 速度 
     CCD采用逐個光敏輸出，只能按照規(guī)定的程序輸出，速度較慢。CMOS有多個電荷-電壓轉(zhuǎn)換器和行列開關(guān)控制，讀出速度快很多，目前大部分500fps以上的高速相機都是CMOS相機。此外CMOS 的地址選通開關(guān)可以隨機采樣，實現(xiàn)子窗口輸出，在僅輸出子窗口圖像時可以獲得更高的速度。 
4. 噪聲 
     CCD技術(shù)發(fā)展較早，比較成熟，采用PN結(jié)或二氧化硅（SiO2）隔離層隔離噪聲，成像質(zhì)量相對CMOS光電傳感器有一定優(yōu)勢。由于CMOS圖像傳感器集成度高，各元件、電路之間距離很近，干擾比較嚴(yán)重，噪聲對圖像質(zhì)量影響很大。近年，隨著CMOS電路消噪技術(shù)的不斷發(fā)展，為生產(chǎn)高密度上等的CMOS圖像傳感器提供了良好的條件。