機器視覺系統中常用攝像機的分類

一、根據不同感光芯片劃分

我們知道感光芯片是攝像機的核心部件，目前攝像機常用的感光芯片有CCD和CMOS兩種：

1.CCD攝像機，CCD稱為電荷耦合器件，CCD實際上只是一個把從圖像半導體中出來的電子有組織地儲存起來的方法。

2.CMOS攝像機，CMOS稱為“互補金屬氧化物半導體”，CMOS實際上只是將晶體管放在硅塊上的技術，沒有更多的含義。

盡管CCD表示“電荷耦合器件”而CMOS表示“互補金屬氧化物半導體”，但是不論CCD或者CMOS對于圖像感應都沒有用，真正感應的傳感器稱做“圖像半導體”，CCD和CMOS傳感器實際使用的都是同一種傳感器“圖像半導體”，圖像半導體是一個P N結合半導體，能夠轉換光線的光子爆炸結合處成為成比例數量的電子。電子的數量被計算信號的電壓，光線進入圖像半導體得越多，電子產生的也越多，從傳感器輸出的電壓也越高。

因為人眼能看到1Lux照度(滿月的夜晚)以下的目標，CCD傳感器通常能看到的照度范圍在0.1~3Lux，是CMOS傳感器感光度的3到10倍，所以目前一般CCD攝像機的圖像質量要優于CMOS攝像機。

CMOS可以將光敏元件、放大器、A/D轉換器、存儲器、數字信號處理器和計算機接口控制電路集成在一塊硅片上，具有結構簡單、處理功能多、速度快、耗電低、成本低等特點。CMOS攝像機存在成像質量差、像敏單元尺寸小、填充率低等問題，1989年后出現了“有源像敏單元”結構，不僅有光敏元件和像敏單元的尋址開關，而且還有信號放大和處理等電路，提高了光電靈敏度、減小了噪聲，擴大了動態范圍，使得一些參數與CCD攝像機相近，而在功能、功耗、尺寸和價格方面要優于CCD，逐步得到廣泛的應用。CMOS傳感器可以做得非常大并有和CCD傳感器同樣的感光度，因此非常適用于特殊應用。CMOS傳感器不需要復雜的處理過程，直接將圖像半導體產生的電子轉變成電壓信號，因此就非?？?，這個優點使得CMOS傳感器對于高幀攝像機非常有用，高幀速度能達到400到100000幀/秒。

二、按輸出圖像信號格式劃分

模擬攝像機

模擬攝像機所輸出的信號形式為標準的模擬量視頻信號，需要配專用的圖像采集卡才能轉化為計算機可以處理的數字信息。模擬攝像機一般用于電視攝像和監控領域，具有通用性好、成本低的特點，但一般分辨率較低、采集速度慢，而且在圖像傳輸中容易受到噪聲干擾，導致圖像質量下降，所以只能用于對圖像質量要求不高的機器視覺系統。常用的攝像機輸出信號格式有：

PAL(黑白為CCIR)，中國電視標準，625行，50場

NTSC(黑白為EIA)，日本電視標準，525行，60場

SECAM

S-VIDEO

分量傳輸

數字攝像機

數字攝像機是在內部集成了A/D轉換電路，可以直接將模擬量的圖像信號轉化為數字信息，不僅有效避免了圖像傳輸線路中的干擾問題，而且由于擺脫了標準視頻信號格式的制約，對外的信號輸出使用更加高速和靈活的數字信號傳輸協議，可以做成各種分辨率的形式，出現了目前數字攝像機百花齊放的形勢。常見的數字攝像機圖像輸出標準有：

IEEE1394

USB2.0

DCOM3

RS-644 LVDS

Channel Link LVDS

Camera Link LVDS

千兆網

按像元排列方式劃分

面陣攝像機

面陣攝像機是我們常見的形式，其像元是按行列整齊排列的，每個像元對應圖像上的一個像素點，我們一般所說的分辨率就是指像元的個數。需要指出的是我們計算機中的彩色圖像一般是每個像素點由R、G、B三個值來表示，但我們一般的彩色攝像機卻并不是這樣的，下面分別進行介紹：

黑白攝像機，每個像素點對應一個像元，該像元對于各種波長的光具有較一致的敏感度，采集得到的只是每個像素點的灰度值。

采用BAYER轉化的單片彩色攝像機，這種攝像機的每個像素點實際只對應R、G、B三種之一的像元，R、G、B三種像元按一定的規律排列，我們實際所得到的每個像素點的R、G、B三原色的數值是根據該像素點及其周圍若干點的三色數值進行BAYER插分計算而來的，所以這種攝像機所得到的圖像往往不能得到很好的彩色效果，尤其是對應邊緣位置會有較明顯的色彩失真和細節的丟失。目前我們常見的彩色攝像機一般是這種形式的，其價格和同檔次的黑白攝像機相近。

BAYER彩色攝像機原理圖

3CCD彩色攝像機，這種攝像機每個像素點對應有R、G、B三個感光元件，采用分光棱鏡將入射光線分別折射到三個CCD靶面上，分別進行光電轉換得到R、G、B三色的數值(見下圖)。這種攝像機得到的圖像質量好，沒有細節丟失的問題，但由于攝像機結構復雜，所以一般較昂貴。另外由于這種攝像機采用了分光棱鏡的方式，光線到達每個CCD靶面的光程是不一樣的，所以需要鏡頭做針對性的設計才能達到比較好的圖像效果，所以使用3CCD的攝像機還需要配備專用的鏡頭。

3CCD彩色攝像機原理圖

線陣攝像機

線陣攝像機是一種比較特殊的形式，其像元是一維線狀排列的，即只有一行像元，每次只能采集一行的圖像數據，只有當攝像機與被攝物體在縱向相對運動時才能得到我們平?？吹降亩S圖像。所以在機器視覺系統中一般用于被測物連續運動的場合，尤其適合于運動速度較快、分辨率要求較高的情況。

黑白攝像機，也是最常用的線陣攝像機，每個像素點對應一個像元，采集得到的是灰度圖像。

3Line彩色攝像機，該攝像機的具有R、G、B三行像元，分別對紅、綠、蘭三種波長的光敏感，所以每個像素點都會對應R、G、B三個通道的數值，形成彩色的圖像數據。需要注意的是，由于R、G、B三行像元在同一時刻所采集的并非同一位置的信息(見圖)，在實際應用中需要進行運動校正才能得到所需的彩色圖像。一般的攝像機都提供內部進行運動校正處理的功能，但對于對比度非常高的圖像邊緣還是容易出現色彩失真的現象。

3CCD彩色攝像機，與面陣的3CCD攝像機原理相同，采用分光棱鏡將入射光線分別折射到三個CCD靶面上，分別進行光電轉換得到R、G、B三色的數值。圖像質量好，但需配備專用鏡頭。