相機(jī)的選型1.2.1CCD和CMOS1.工作原理CCD（ChargeCoupledDevice，電荷耦合器）是一種特殊的半導(dǎo)體成像器件。CCD圖像傳感器為電流驅(qū)動型裝置。它由大量獨立的光敏元件組成，這些光敏元件通常是按矩陣排列的。光線透過鏡頭照射到CCD圖像傳感器上，并被轉(zhuǎn)換成電荷，每個元件上的電荷量取決于它所受到的光照強(qiáng)度。當(dāng)按動照相機(jī)快門，CCD將各個元件的信息傳送到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器上，模擬電信號經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器處理后變成數(shù)字信號，數(shù)字信號以一定格式壓縮后存入緩存內(nèi)，就生成了一張數(shù)碼照片。然后可以根據(jù)不同的需要，以數(shù)字信號和視頻信號的方式輸出圖像數(shù)據(jù)。CMOS是一種互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體成像器件。CMOS和CCD一樣都是可用來感受光線變化的半導(dǎo)體。CMOS主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，通過CMOS上帶負(fù)電和帶正電的晶體管來實現(xiàn)基本的功能。這兩個互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片記錄和解讀成影像。CMOS傳感器為電壓驅(qū)動型裝置。CCD在工作時，上百萬個像素感光后會生成上百萬個電荷，所有的電荷全部經(jīng)過一個“放大器”進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)變，形成電子信號，因此，這個“放大器”就成為了一個制約圖像處理速度的“瓶頸”，所有電荷由單一通道輸出，就像千軍萬馬從一座橋上通過，當(dāng)數(shù)據(jù)量大的時候就發(fā)生信號“擁堵”。而CMOS則不同，每個像素點都有一個單獨的放大器轉(zhuǎn)換輸出，因此CMOS沒有CCD的“瓶頸”問題，能夠在短時間內(nèi)處理大量數(shù)據(jù)，輸出高清影像，因此也能都滿足高清影像的需求。2.兩者之間的比較

CCDCMOS圖像圖像質(zhì)量高、靈敏度高、對比度高，存在Blooming現(xiàn)象圖像質(zhì)量一般，靈敏度差，但是沒有Blooming現(xiàn)象

結(jié)構(gòu)低噪聲存在固定模式噪聲集成度較低高集成度串行處理并行處理，可直接訪問單個像素功耗一般功耗低電路結(jié)構(gòu)簡單電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜1.2.2智能相機(jī)智能相機(jī)(SmartCamera)并不是一臺簡單的相機(jī)，而是一種高度集成化的微小型機(jī)器視覺系統(tǒng)。它將圖像的采集、處理與通信功能集成于單一相機(jī)內(nèi)，從而提供具有多功能、模塊化、高可靠性、易于實現(xiàn)的機(jī)器視覺解決方案。同時，由于應(yīng)用了新的DSP、FPGA及大容量存儲技術(shù)，其智能化程度不斷提高，可滿足多種機(jī)器視覺的應(yīng)用需求。智能相機(jī)一般由圖像采集單元、圖像處理單元、圖像處理軟件、網(wǎng)絡(luò)通信裝置等構(gòu)成，各部分的功能如下：（1）圖像采集單元。在智能相機(jī)中，圖像采集單元相當(dāng)于普通意義上的CCD/CMOS相機(jī)和圖像采集卡。它將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為模擬/數(shù)字圖像，并輸出至圖像處理單元。（2）圖像處理單元。圖像處理單元類似于圖像采集/處理卡。它可對圖像采集單元的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行實時的存儲，并在圖像處理軟件的支持下進(jìn)行圖像處理。（3）圖像處理軟件。圖像處理軟件主要在圖像處理單元硬件環(huán)境的支持下，完成圖像處理功能。如幾何邊緣的提取、Blob、灰度直方圖、OCV/OVR、簡單的定位和搜索等。在智能相機(jī)中，以上算法都封裝成固定的模塊，用戶可直接應(yīng)用而無需編程。（4）網(wǎng)絡(luò)通信裝置。網(wǎng)絡(luò)通信裝置是智能相機(jī)的重要組成部分，主要完成控制信息、圖像數(shù)據(jù)的通信任務(wù)。智能相機(jī)一般均內(nèi)置以太網(wǎng)通信裝置，并支持多種標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)，從而使多臺智能相機(jī)構(gòu)成更大的機(jī)器視覺系統(tǒng)。智能相機(jī)一般具有以下特點：（1）結(jié)構(gòu)緊湊、集成度高、性能穩(wěn)定、故障率低，運(yùn)算能力等同于計算機(jī)。（2）工作過程可完全脫離PC機(jī)，與生產(chǎn)線上其他設(shè)備連接方便。（3）能直接在顯示器或監(jiān)視器上輸出SVGA或SXGA的視頻圖像。（4）提供開源的圖像處理庫，能進(jìn)行源碼級的二次開發(fā)。（5）增益可調(diào)，可控電子快門，全局曝光，快門時間可軟件設(shè)置。（6）可對曝光時間以及曝光時刻進(jìn)行準(zhǔn)確同步控制。（7）支持外觸發(fā)和外部閃光燈接口。（8）自帶多路數(shù)字I/O、100MB以太網(wǎng)、RS232口接口。1.2.3相機(jī)基本參數(shù)

2.相機(jī)幀率相機(jī)的幀率決定著設(shè)備的測量效率，如相機(jī)的幀率是30f/s，則每秒最多拍攝30次。而如果相機(jī)的速度是120f/s，如果算法夠快，那么每秒最多檢測120個產(chǎn)品。通常來說，相機(jī)的分辨率越低，同樣的接口，幀率也會越高，而分辨率越高，幀率也會越低。分辨率一定時，幀率也是有其最大值的。所以，要求相機(jī)的分辨率高，又要求相機(jī)的幀率高，就需要帶寬更大的總線。3.相機(jī)曝光時間相機(jī)的最小曝光時間，可以決定目標(biāo)的運(yùn)動速度?；蛘叻催^來說，目標(biāo)的運(yùn)動速度，對相機(jī)的最小曝光時間提出了要求。通常來說，物體運(yùn)動引起的模糊應(yīng)該比要求的測量精度小一個數(shù)量級，這樣可以減少其對系統(tǒng)的影響，工業(yè)相機(jī)最短曝光時間一般可以達(dá)到幾十微秒。如此短的曝光時間，要求光能量比較大，因此需要選擇合適的光源與光源控制器。1.2.4全局曝光與卷簾曝光全局曝光和卷簾曝光是常見的曝光方式。一般來說，CCD工業(yè)相機(jī)是全局曝光，而CMOS工業(yè)相機(jī)既存在全局曝光又有卷簾曝光。全局曝光和卷簾曝光的區(qū)別如下：1.全局曝光工業(yè)相機(jī)全局曝光很容易理解，也就是說光圈打開后，整個芯片像元同時曝光。感光元件將所有像素點同時收集光線，同時曝光。即在曝光開始的時候，感光元件開始收集光線;在曝光結(jié)束的時候，光線收集電路被切斷。然后感光元件將值讀出即為一幅照片。因此，曝光時間與機(jī)械的開關(guān)速度有關(guān)。既然與機(jī)械運(yùn)動相關(guān)，全局曝光存在理論上的非常小曝光的時間。2.卷簾曝光卷簾曝光是CMOS開始曝光的時候，感光元件是從第一行、第二行、第三行這樣按照順序進(jìn)行光線感測，一直到整片感光組件從上到下每一行都曝光完成為止，也就是不同行像元的曝光時間不同。此種曝光方式是當(dāng)光圈打開后，還存在具有一定間隔的卷簾來控制傳感器的曝光時間。如圖所示，卷簾的方式是從左到右的，卷簾在運(yùn)動時，其卷簾開口的傳感器來能接受光。因此，曝光時間的長短完全取決于卷簾的開口大小與卷簾的運(yùn)動速度。也就是說，卷簾運(yùn)動得越快，卷簾間距越小，其傳感器的曝光時間越小。因此，卷簾曝光方式能夠具有更短的曝光時間。但卷簾曝光整體曝光時間更長，另外就是在拍照的時候，假如左右工業(yè)相機(jī)有晃動，或者拍攝快速移動的物體，就會看到畫面上下曝光時間不同而導(dǎo)致的“果凍現(xiàn)象”。如果被拍攝物體相對于相機(jī)高速運(yùn)動時。用全局曝光方式拍攝，如果曝光時間過長，照片會產(chǎn)生像糊現(xiàn)象。像糊現(xiàn)象出現(xiàn)與否取決于曝光時間的長短，假如曝光時間很短，類似于運(yùn)動物體在瞬間被凍結(jié)了，則少有像糊。而用卷簾曝光方式拍攝，逐行掃描速度不夠，拍攝結(jié)果就可能出現(xiàn)“傾斜”、“搖擺不定”或“部分曝光”等任一種情況。這種卷簾曝光方式拍攝出現(xiàn)的現(xiàn)象，就定義為“果凍現(xiàn)象?！?.兩者的優(yōu)缺點工業(yè)相機(jī)全局曝光的優(yōu)點是所有的像素點同時曝光。其缺點是曝光時間存在局限，存在機(jī)械非常小的曝光時間。全局曝光時間更短，這樣不僅能提升效率，也能根除影像果凍現(xiàn)象的問題。工業(yè)相機(jī)卷簾曝光的優(yōu)點是具有更小的曝光時間。其缺點是由于逐行的是在不同時間進(jìn)行曝光取像，如果圖像是運(yùn)動的，則存在明顯的拖影。因此，卷簾曝光不適合拍攝運(yùn)動的物體。1.2.5相機(jī)選型1.明確要求相機(jī)的選取是設(shè)計機(jī)器視覺系統(tǒng)關(guān)鍵的一步，首先需要明確要求。（1）要先確定檢測產(chǎn)品的精度要求。（2）要確定相機(jī)要看的視野大小。（3）要確定檢測物體的速度。（4）要確定是動態(tài)檢測還是靜態(tài)檢測。

（2）相機(jī)傳輸方式的確定。因為沒有一個標(biāo)準(zhǔn)的命名，所以工業(yè)相機(jī)按其信號種類又分為工業(yè)模擬相機(jī)、工業(yè)數(shù)字相機(jī)。其中，數(shù)字相機(jī)的接口又分為GigE千兆網(wǎng)、USB2.0、USB3.0、CameraLink、1394a\1394b等多種類型，其各有利弊。USB2.0接口具有傳輸速度快，支持熱插拔、攜帶方便、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一以及連接多個設(shè)備的特點。目前已經(jīng)在各類外部設(shè)備中廣泛的被采用，并且可以向下兼容USB1.1，但是是其傳輸速率較慢，理論速度只有480Mb（60MB），速度慢而且不穩(wěn)定。USB3.0接口是最新的USB規(guī)范，極大提高了帶寬可高達(dá)5Gbps，實現(xiàn)了更好的電源管理，能夠使主機(jī)為設(shè)備提供更多的功率輸出，且使主機(jī)更快地識別器件，新的協(xié)議使得數(shù)據(jù)處理的效率更高。USB3.0接口傳輸速度快但傳輸距離短，理論速度極限大約為500MB/s，但是其傳輸距離短，超過3米就要用質(zhì)量很高的線。1394a/1394b接口俗稱火線接口，現(xiàn)主要用于視頻采集，數(shù)據(jù)傳輸率可高達(dá)400Mb/s（1394a）和800Mb/s（1394b），其利用等時性傳輸來保證實時性，便于安裝，采用總線結(jié)構(gòu)，支持熱插拔，即插即用。由于接口的普及率不高，已慢慢被市場淘汰。GigE是一種基于千以太網(wǎng)通信協(xié)議開發(fā)的相機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)，其特點是快捷的數(shù)據(jù)傳輸速率以及最遠(yuǎn)可達(dá)100米的傳輸距離。在工業(yè)機(jī)器視覺產(chǎn)品的應(yīng)用中，GigE允許用戶在很長距離上用標(biāo)準(zhǔn)線纜進(jìn)行快速圖像傳輸。它還能在不同廠商的軟、硬件之間輕松實現(xiàn)互操作。CameraLink在Channellink技術(shù)基礎(chǔ)上增加了一些傳輸控制信號，并定義了一些相關(guān)傳輸標(biāo)準(zhǔn)。其抗干擾、且傳輸帶寬高達(dá)5.4Gb/s。傳輸速度是目前的工業(yè)相機(jī)中最快的一種總線類型。但是需要單獨的CameraL