众所周知，我们都知道相机在机器视觉中的重要地位，今天我们一起来学习和交流一下工业相机的一些知识，欢迎大家共同交流，指正提点。

一、相机的结构：

1、工业相机的硬件结构主要由传感器、驱动电路、信号处理电路、电子接口、机械光学接口等构成。其原理框图及各部分功能如下图：

其中，传感器是最为核心的系统元件，主要在驱动脉冲的作用下，实现光电荷的转换、存贮、转移及输出等功能。

相机传感器

二、相机的分类

——成像色彩

根据成像色彩划分，工业相机可分为【彩色相机】和【黑白相机】； 其中彩色相机有我们经常听到的【RGB格式（3CCD彩色相机）】和【Bayer格式（单CCD彩色相机）】等。下图表现了不同色彩格式相机的成像过程：

——灵敏度

灵敏度也是影响工业相机性能的重要因素。按灵敏度划分，工业相机又分以下几种形式：【普通型】、【月光型】、【星光型】、【红外型】。具体分类请看下面的表格（楼上有朋友问工业相机的近红外是什么，其实这也是其相对于民用相机的一个特殊之处）：

——分辨率

相信这是大家最常接触到的一个概念，适用于所有数码显示器件，是影响成像质量的一大要素。

依分辨率划分，我们将像素数在38万以下的相机划分为【普通型】，像素数在38万以上的划分为【高分辨率型】；

——光敏面大小

光敏面也就是相机传感器的有效感光面积，是影响相机灵敏度的因素之一。按光敏面尺寸大小划分，可分为1/4、1/3、1/2、1英寸相机。其具体尺寸如下表所示：

——扫描方式

扫描方式，是指相机传感器的信号读出扫描的方式，按扫描方式划分，可分为【行扫描】和【面扫描】两种方式。

其中，行扫描又分为【隔行扫描】和【逐行扫描】两种。

【隔行扫描】电视“标准”2：1 这是RS-170“标准相机”的扫描次序。这种由广播电视系统（CCTV）发展起来扫描方式可以相对较低（30Hz）的帧速提供更为清晰的图像。

在一个曝光时间里只获取半帧图像，提高显示的频率，利用人眼的视觉暂留特性可以减少图像的闪烁。

但是隔行扫描对于机器视觉、图像检测分析可能会产生麻烦。因为相邻的线是在不同时间曝光扫描的，因此任何移动的物体在奇数线和偶数线的位置可能会不同，从而产生运动模糊。

【逐行扫描】在机器视觉、图像检测分析应用中，逐行扫描相机正在变得越来越流行。逐行扫描相机从一帧图像中的顶部至底部以自然次序（0.1.2….479）进行逐行扫描。目前大多数工业相机采用这种扫描方式。大家可以从下面的图中看出两种扫描方式的成像质量对比。

——同步方式

按同步方式划分，可分为【内同步】相机和具有【外同步】功能的相机等。

【 内同步】利用相机内置的同步信号发生电路产生的同步信号来完成同步信号控制；

【 外同步】通过外置同步信号发生器将特定的同步信号送入相机的外同步输入端，完成满足对相机的特殊控制需要；对于由多个相机构成的图像采集系统，希望所有的视频输入信号是垂直同步的，以避免变换相机输出时出现的图像失真。此时，可利用同一个外同步信号发生器产生的同步信号驱动多台相机，以实现多相机的同步图像采集。

三、工业相机的相关特性参数：

常用参数

——扫描方式

在介绍相机分类中已有提及，在这就不做赘述了~

——最低照度

最低照度是衡量CCD相机灵敏度的重要指标。它表示当降低环境光照度降低至一定程度，而使CCD相机所输出的视频信号电平低到某一规定值时，所对应的环境照度。

例如：当环境照度降低至0.04lx时，CCD相机所输出的视频信号的幅值降为最大幅值的50%，则称CCD相机的最低照度为0.04x（F1.2）。当环境照度继续降低，CCD相机所输出视频图像的像质将难以保证。 CCD相机的最低照度与所使用镜头的最大相对孔径有关，在提供相机最低照度的同时，应注明测试时所所使用镜头的相对孔径。

——分辨率

分辨率是CCD相机的最为重要的性能参数之一，主要用于衡量相机对物像中明暗细节的分辨能力。指传感器像敏面上的像素分布，一般来说，分辨率越高，图像越清晰

——光谱响应

CCD的光谱响应是指CCD对于不同波长光线的响应能力。

由于CCD的正面布置着很多电极，电极的反射和散射作用使得正面照射的光谱灵敏度比背面照射时低。为此ICCD 常采用背面照射的方法。

对于工业视觉领域还有一些非常重要参数。

——动态范围

CCD图像传感器的动态范围由满阱容量和噪声之比决定，它反映了器件的工作范围。动态范围的数值可以用输出端的信号峰值电压与均方根噪声电压之比表示，单位为dB。CCD相机的动态范围一般为60～80dB。高分辨率CCD相机的像素数增多，导致势阱可能存贮的最大电荷量减少，因而动态范围变小。因此，在高分辨率条件下，提高动态范围是高性能CCD的一项关键技术。例如，瑞士的photonfocus相机采用LinLog技术后可将相机的动态范围提高至120dB。

动态范围60dB（左）与动态范围120dB（右）时的成像质量对比

——像元尺寸

组成数字化影像的最小单元的尺寸。像元大小决定了数字影像的影像分辨率和信息量。像元小，影像分辨率高，信息量大；反之，影像分辨率低，信息量小。

——像素深度

指存储每个像素所用的位数，它也是用来度量图像的分辨率。8Bit 就是指最后量化的输出是8Bit 的精度。另外常用的有10Bit,12Bit,14Bit 等。

——曝光时间

指底片的感光时间，曝光时间越长底片上生成的相片越亮，相反越暗。在外界光线比较暗的情况下一般要求延长曝光时间（比如说夜景）。或者快门打开到关闭的时间间隔。

——帧率

表示在1秒钟时间里抓拍图片的数量。

——快门模式

电子快门的方式，CMOS相机中常见的有全局快门(Global shutter) 和卷帘快门 (rolling shutter) 两种方式，全局快门是曝光时，传感器上所有像素在同一时刻曝光，将物体某时刻的状态成像，对运动物体而言类似将运动物体冻结了，所以适合拍摄快速运动的物体。卷帘快门是逐行顺序曝光，所以不适合运动物体的拍摄。

全局快门（左）和卷帘快门（右）拍摄运动物体的成像效果对比

——触发模式

主控自由运行触发模式：由相机内部定义的曝光时间触发相机。

被动触发模式：外电平高低控制曝光时间的被动触发；

外触发信号边缘触发控制曝光时间的被动触发；

外曝光启动/停止控制曝光时间的被动触发。

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