BASLER SCA780-PAR CCD 工業(yè)相機(jī)

BASLER SCA780-PAR CCD 工業(yè)相機(jī)

工業(yè)相機(jī)是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵組件，其最本質(zhì)的功能就是將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成有序的電信號(hào)。選擇合適的相機(jī)也是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，相機(jī)的選擇不僅直接決定所采集到的圖像分辨率、圖像質(zhì)量等，同時(shí)也與整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行模式直接相關(guān)

一. 相機(jī)的芯片類型：

  一般情況下，工業(yè)相機(jī)按照芯片類型可以分為CCD相機(jī)和CMOS相機(jī)，當(dāng)然也有一些其他的芯片，比如富士公司生產(chǎn)的Super CCD芯片。這里我們只討論市場(chǎng)主流的CCD相機(jī)和CMOS相機(jī)的工作原理。數(shù)碼相機(jī)的CCD和CMOS都深藏于相機(jī)內(nèi)部，就算您有機(jī)會(huì)看到它們的樣子，也很難進(jìn)行區(qū)分。

在感光像點(diǎn)接受光照之后，感光元件產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電流，電流大小與光強(qiáng)對(duì)應(yīng)，因此感光元件直接輸出的電信號(hào)是模擬的。在CCD傳感器中，每一個(gè)感光元件都不對(duì)此作進(jìn)一步的處理，而是將它直接輸出到垂直寄存器

 ，傳到水平寄存器中，最后

 才能形成統(tǒng)一的輸出。由于感光元件生成的電信號(hào)實(shí)在太微弱了加上在此過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量電壓損耗

 ，無(wú)法直接進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換工作，因此這些輸出數(shù)據(jù)必須做統(tǒng)一的放大處理—這項(xiàng)任務(wù)是由CCD傳感器中的放大器專門負(fù)責(zé)，經(jīng)放大器處理之后，每個(gè)像點(diǎn)的電信號(hào)強(qiáng)度都獲得同樣幅度的增大；因信號(hào)只通過(guò)一個(gè)放大器進(jìn)行放大，所以產(chǎn)生的噪點(diǎn)較少。

 但由于CCD本身無(wú)法將模擬信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，因此還需要一個(gè)專門的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行處理，最終以二進(jìn)制數(shù)字圖像矩陣的形式輸出給專門的DSP處理芯片。

而對(duì)于CMOS傳感器，上述工作流程就*不適用了。CMOS傳感器中每一個(gè)感光元件都直接整合了放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換邏輯，當(dāng)感光二極管接受光照、產(chǎn)生模擬的電信號(hào)之后，電信號(hào)首先被該感光元件中的放大器放大，然后直接轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。換句話說(shuō)，在CMOS傳感器中，每一個(gè)感光元件都可產(chǎn)生最終的數(shù)字輸出，所得數(shù)字信號(hào)合并之后被直接送交DSP芯片處理，問(wèn)題恰恰是發(fā)生在這里，CMOS感光元件中的放大器屬于模擬器件，無(wú)法保證每個(gè)像點(diǎn)的放大率都保持嚴(yán)格一致，致使放大后的圖像數(shù)據(jù)無(wú)法代表拍攝物體的原貌—體現(xiàn)在最終的輸出結(jié)果上，就是圖像中出現(xiàn)大量的噪聲，品質(zhì)明顯低于CCD傳感器，不過(guò)目前這方面的技術(shù)已大幅改善。

以CCD原理為例，CCD原理并不復(fù)雜。我們可以把它想象成一個(gè)頂部被打開的記憶芯片。因此光束可以射到記憶單元中。根據(jù)"光電效應(yīng)"，這些光束在記憶單元中產(chǎn)生負(fù)電荷（下圖中右上部分）。

 CCD芯片將光子轉(zhuǎn)換為電子，在這一過(guò)程當(dāng)中，光子數(shù)目與電子數(shù)目互成比例。但光子還有另外一個(gè)特征值——波長(zhǎng)（波長(zhǎng)決定顏色），而這條信息卻沒(méi)有在這個(gè)過(guò)程中被轉(zhuǎn)換為電子。因此，從這個(gè)意義上說(shuō)，CCD芯片都可以被稱為色盲。所以彩色相機(jī)的成像稍微復(fù)雜些，目前主要有兩種方式：三棱鏡方式和濾光片方式，

它將從鏡頭射入的光分成三束，每束光都由不同的內(nèi)置光柵來(lái)過(guò)濾出某一種三原色，然后使用三塊CCD分別感光。這些圖象再合成出一個(gè)高分辨率、色彩精確的圖象。如300萬(wàn)像素的相機(jī)就是由三塊300萬(wàn)像素的CCD來(lái)感光。也就是可以做到同點(diǎn)合成，因此拍攝的照片清晰度相當(dāng)高。該方法的主要困難在于其中包含的數(shù)據(jù)太多。在你照下一張照片前，必須將存儲(chǔ)在相機(jī)的緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)清除并存盤。因此這類相機(jī)對(duì)其他部件的要求非常高，其價(jià)格自然也非常昂貴。

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