工業數字相機的應用及基礎知識

     隨著科技的飛速發展，工業數字相機在機器視覺、工業檢測、圖像處理等等方面有著非常廣泛的應用，但是工業相機的相關知識學習渠道相當匱乏，經過多年的技術積累， 蘇州瑞文光電科技將工業數字相機的相關基礎知識做一分類整理與大家共享。 
1、在機器視覺檢測技術中，工業相機輸入、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).鏡頭機械結構尺寸； 
選擇CCD相機時，應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，觸發，控制，異步復位，長時間積分。 
   5).視頻參數調整及控制方法：Manual、RS232. 
   同時，選擇CCD的時候應該注意，linch=16mm而不是等于25.4mm. 
3. CCD相機與CMOS相機的區別在哪里？ 
1. 成像過程 
     CCD與CMOS圖像傳感器光電轉換的原理相同，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（或少數幾個）輸出節點統一讀出，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，各自進行電荷-電壓的轉換，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體單晶材料商，工藝較復雜，世界上只有少數幾家廠商能夠生產CCD晶元，如DALSA、SONY、松下等。CCD僅能輸出模擬電信號，需要后續的地址譯碼器、模擬轉換器、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，這種工藝與生產數以萬計的計算機芯片和存儲設備等半導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生的。隨著CMOS成像技術的不斷發展，有越來越多的公司可以提供高品質的CMOS成像芯片，包括：Micron、 CMOSIS、Cypress等。 
3. 速度 
     CCD采用逐個光敏輸出，只能按照規定的程序輸出，速度較慢。CMOS有多個電荷-電壓轉換器和行列開關控制，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 的地址選通開關可以隨機采樣，實現子窗口輸出，在僅輸出子窗口圖像時可以獲得更高的速度。 
4. 噪聲 
     CCD技術發展較早，比較成熟，采用PN結或二氧化硅（SiO2）隔離層隔離噪聲，成像質量相對CMOS光電傳感器有一定優勢。由于CMOS圖像傳感器集成度高，各元件、電路之間距離很近，干擾比較嚴重，噪聲對圖像質量影響很大。近年，隨著CMOS電路消噪技術的不斷發展，為生產高密度上等的CMOS圖像傳感器提供了良好的條件。