1-工業(yè)相機原理及選型指導

1、工業(yè)相機介紹,工業(yè)相機分類,? ??? ?? ??,,一、工業(yè)相機分類,CCD &CCD相機,相機芯片,有不同大小的芯片,,,,,,,實物,圖像,?,,,如何準確地描述一幅圖像,,圖像采集和處理的過程，最基本的是要把實物盡量真實地反映到虛擬的圖像上,二、CCD&CMOS相機,,感光芯片的設計思想：就是分割被描述區(qū)域，用相應的灰度填充。,二、CCD&CMOS相機,CCDCharged Coupled Devi

2、ce: 電荷耦合器大量的獨立的光敏元件排列在一起每個光敏元件稱為像素 像素圖像的基本單位：最小的視覺顯示單位.,CCD的概念,二、CCD&CMOS相機,實物,圖像,數(shù)字量,光子,模擬量（電壓）,電荷,,,,,,CCD結構及工作原理,二、CCD&CMOS相機,CCD結構感光二極管（Photodiode）并行信號寄存器（Shift Register） -用于暫時儲存感光后產生的電荷串行信號寄存器

3、（Transfer Register）-用于暫時儲存并行積存器的模擬信號并將電荷轉移放大信號放大器-用于放大微弱電信號數(shù)摸轉換器-將放大的電信號轉換 成數(shù)字信號,CCD結構及工作原理,二、CCD&CMOS相機,CCD工作原理,CCD結構及工作原理,二、CCD&CMOS相機,CCD種類—傳輸方式,隔行傳輸式（Interline Transfer）-感光元件產生電信號-電荷轉移到并行寄存器-電荷從并行寄

4、存器轉移到串行寄存器-串行寄存器將電信號轉到模擬寄存器-放大、數(shù)摸轉換、數(shù)字信息快速-暴光和數(shù)據(jù)讀出可同時進行可采用軟件控制的電子快門工作動態(tài)范圍小,二、CCD&CMOS相機,CCD種類—傳輸方式,全幀（Full Frame）-感光元件產生電信號-電荷轉移到串行寄存器-放大、數(shù)摸轉換、數(shù)字信息動態(tài)范圍寬信噪比高分辨率高成像速度慢必須借助機械快門控制暴光量,二、CCD&CMOS相機,CCD

5、種類—傳輸方式,全轉（Full Fransfer）-綜合Full Frame和Interline Transfer特點，在器件上劃分感光區(qū)和寄存區(qū)-暴光和數(shù)據(jù)轉移可以同時進行保證單位像素上的感光面積保證了拍攝速度,二、CCD&CMOS相機,CCD數(shù)字化,數(shù)字化（Digitization）-模擬信號轉換成數(shù)字信號計算機運用2進制運算法則來將CCD采集的電信號轉換成數(shù)字信號12bit=4096；14bit=16384；

6、16bit=65536應用軟件將運用一定的運算法則來決定最適合顯示器灰度級別的數(shù)據(jù),二、CCD&CMOS相機,CCD像素合并,像素合并（Binning） -將相臨的像素所堆積的電荷進行合并并當作一個單一的像素輸出信號 -提高靈敏度（2x2bin提高4倍靈敏度） -降低分辨率（2x2bin降低一半的分辨率）,二、CCD&CMOS相機,CMOS,互補金屬氧化物半導體（CMOS，Complementary Met

7、al Oxide Semiconductor） -核心元件：感光二極管（Photodiode） -同一像點當中包含放大器和數(shù)模轉換電路（一個感光二極管和三顆晶體管） -開口率底（開口率：有效感光區(qū)與整個感光元件面積比值） -靈敏度底、噪聲明顯 -數(shù)模轉換無法保證嚴格一致,二、CCD&CMOS相機,,,,,,,,,,,,,,CCD sensor,放大,A/D,光子,電子,電壓,數(shù)字信號,,,

8、,,CMOS 芯片可以在像素上同時完成這兩個步驟,CCD與CMOS的光電轉換示意圖,由上面兩圖可看出：CMOS和CCD最大的區(qū)別是 CMOS的 電荷到電壓轉換過程是在每個像素上完成的,二、CCD&CMOS相機,二、CCD&CMOS相機,CCD V.S. CMOS,CCD與CMOS比較,由于上面所說的結構，CCD的電路更改就更方便。 而

9、由于CMOS的過分集成，電路更改就不方便。但可靠性高。 CMOS功耗小。CMOS躁聲大。CMOS靈敏度差。CMOS速度快。由結構決定。成本CMOS便宜一些。,二、CCD&CMOS相機,從以上的對比可以看出： CCD在圖像的質量上更有優(yōu)勢。而常見的高速攝像頭則會采用CMOS芯片。,二、CCD&CMOS相機,CCD芯片的工作方式要經歷的過程：A 、 光電轉換，B 、電荷儲存，C 、電荷轉

10、移，D 、信號放大,二、CCD&CMOS相機,相機（光電轉換器，完成信號轉換） 種類：線&面、隔/逐、黑/彩、數(shù)/模、低/高、CCD/CMOS 指標：象元尺寸、分辨率、靶面大小、感應曲線、動態(tài)范圍、靈敏度、速度、噪聲、填充因子、體積、質量、工作環(huán)境等 工作模式：Free run、Trigger（多種）、長時間曝光等,二、CCD&CMOS相機,成像方式,CCD大小,信噪比,信號制式,圖像像素

11、,最低照度,同步系統(tǒng),快門速度,局部掃描,讀出模式,觸發(fā)快門,增益,三、CCD相機相關參數(shù)、概念,CCD主要參數(shù),Progressive Scan 逐行掃描Interlance Scan 隔行掃描,成像方式,,,,,,,,,,,CCD主要參數(shù),三、CCD相機相關參數(shù)、概念,成像方式,隔行/逐行,Progressive逐行,Interlace隔行,CCD主要參數(shù),三、CCD相機相關參數(shù)、概念,CCD信號制式,從分辨率上看，CCIR

12、對應于PAL，EIA對應于NTSC。,彩色CCD制式：NTSC(美國國家電視系統(tǒng)委員會制式)H 59.94Hz / V15.734Hz V:H為4:3 應用在美國和日本PAL(相位逐行交變制式)H50Hz / V15.625Hz 應用在歐洲和中國黑白CCD制式：EIA(RS170)30幀/s 60場 H15.75Hz 在美國及日本通用CCIR25幀/s 50場 H15.625Hz 在歐

13、洲及中國通用,CCD主要參數(shù),三、CCD相機相關參數(shù)、概念,CCD信號制式,從分辨率上看，CCIR對應于PAL，EIA對應于NTSC。,CCD主要參數(shù),三、CCD相機相關參數(shù)、概念,CCD芯片尺寸,特殊之處：1inch = 16mm ≠25.4mm,CCD主要參數(shù),三、CCD相機相關參數(shù)、概念,CCD芯片尺寸,相機芯片尺寸 鏡頭尺寸≧相機芯片尺寸,CCD主要參數(shù),三、CCD相機相關參數(shù)、概念,快門速度,快門速度就是

14、用來控制曝光時間的裝置，一般而言，快門速度跨越的時間范圍越大越好,如:1/30~1/16,000 10 steps 1/15~1/8,000 10 steps,CCD主要參數(shù),三、CCD相機相關參數(shù)、概念,圖像像素,圖像像素TV格式 752 x 486 38萬像素VGA 640 x 480 33萬像素SVGA 800 x 600　 48萬像素　XGA

15、1024 x 768　 80萬像素SXGA 1280 x 1024 130萬像素UXGA 1600 x 1200 200萬像素,CCD主要參數(shù),三、CCD相機相關參數(shù)、概念,圖像分辨率：一般的，假定算法的精度是一個像素，需要檢測的某個方向的尺寸為X，希望檢測的精度為△X，那么我們需要的分辨率就是： X / △X如，檢測一個長度約為10mm的工件，精度為0.01mm，則圖像需要10/0.01＝1

16、000像素對于選擇線掃描相機，水平方向的分辨率計算如上。垂直方向的分辨率 = 掃描速度/行頻。掃描速度 ： 被測物體每秒鐘在垂直方向上移動的距離。,圖像分辨率,CCD主要概念,三、CCD相機相關參數(shù)、概念,最低照度,最低照度是測量攝像機感光度的一種方法，換句話說，攝像機在多黑的條件下能看到可用的影像。,普通型 正常工作所需照度 1~3Lux日光型 正常工作所需照度 0.1Lux星光型 正常工作所需照

17、度 0.01Lux紅外型 采用紅外照明，沒有光線也可成像,當被攝景物的光亮度低到一定程度而使攝像機輸出的視頻信號電平低到某一規(guī)定值時的景物光亮度值。,CCD主要參數(shù),三、CCD相機相關參數(shù)、概念,相機鏡頭接口類型,三、CCD相機相關參數(shù)、概念,相機數(shù)據(jù)接口,相機采集的數(shù)據(jù)及參數(shù)輸出到外部的接口。,三、CCD相機相關參數(shù)、概念,相機數(shù)據(jù)接口,除以上常用接口外，常見的還有模擬相機用的BNC（Video）接口和12PIN口。,三、