文章目录1、工业摄像机分类CCD vs CMOS面阵相机与线阵相机逐行与隔行卷帘快门与全快门黑白相机与彩色相机2、工业相机接口类型3、机器视觉应用及展望机器视觉应用行业机器视觉知名品牌软件开发平台市场4、参考相机的选型主要关注分辨率像素尺寸帧率像素深度数字接口1、工业摄像机分类CCD vs CMOS相同点 CCD 和 CMOS 都是图像传感器Image Sensor作用都是把光信号转换成电信号最终形成数字图像。不同点 CCD 采用统一逐像素转移后集中读取的方式图像质量高、噪声低但速度慢、功耗高CMOS 每个像素集成放大和读取电路可并行读取速度快、功耗低、成本低因此已成为当前主流。除了一些科研、天文、超高端工业检测等特殊场景外如今新设计的机器视觉系统几乎都会优先选择 CMOS相比 CCD 具有更高帧率、更低功耗、更丰富的功能如 HDR、全局快门、片上 ISP 等以及更高的性价比。CCD 靠移位寄存器移走不然饱和逐像素转移Pixel-by-Pixel Charge Transfer强调的是电荷依次经过每一个相邻像素传递而不是每个像素各自拥有独立的读出电路。CMOS每个像素自己读 [ADC][ADC][ADC][ADC][ADC] ↑ ↑ ↑ ↑ Pixel Pixel Pixel Pixel 特点 ✔ 并行读取 ✔ 速度快 ✔ 功耗低CCD电荷接力传递 Pixel → Pixel → Pixel → Pixel → ADC模数转换器 特点 ✔ 电荷逐级传递 ✔ 一个或少量ADC统一读取 ✔ 一致性好但速度较慢还是以接水为例子它只有最后一个桶有测量仪器。例如[1][2][3][4][5][6][ADC]所有像素放大器一致ADC一致增益一致偏置一致因此噪声非常一致。画面非常均匀。固定模式噪声FPN很小。所以以前CCD 画质特别好。Blooming泛光、溢出某个 CCD 像素接收到的光太强产生的电子超过了它能容纳的容量多余的电子会溢出到相邻像素导致亮区域向四周扩散、拖尾或发白这种现象就叫 Blooming。Blooming 就像杯子里的水装满后溢到旁边的杯子在 CCD 中当某个像素的电子超过满井容量时多余电荷会扩散到相邻像素使亮点长胖、发白或产生拖尾和饱和Saturation的区别饱和不会影响别人自己 255blooming 会溢出。会影响周围像素值总功耗 ├── 光电转换几乎可以忽略 ├── 电荷传输 ← CCD 最大功耗 ├── 放大器 ├── ADC └── 数字处理CCD 功耗高不是因为 ADC而是因为每个像素的电荷都需要依靠高电压时钟逐级传输到同一个读出端CMOS 虽然拥有大量放大器和列 ADC但电荷无需长距离搬运因此整体功耗反而更低。CCD 的功耗主要不是消耗在 ADC 上而是消耗在搬运电荷这件事情上。面阵相机与线阵相机相同点 面阵相机和线阵相机都是图像采集设备本质上都是利用二维像素阵列中的光敏元件将光信号转换为数字图像。不同点 面阵相机一次曝光即可获取完整二维图像而线阵相机每次只采集一行或几行像素需要依靠物体或相机的连续运动将多行数据拼接成完整图像。面阵相机是一次拍完整张照片线阵相机是一行一行扫描成整张照片。面阵相机 拍照Snapshot线阵相机 扫描Scan逐行与隔行相同点 逐行扫描Progressive Scan和隔行扫描Interlaced Scan都是图像扫描方式用于将传感器或显示设备上的图像数据按顺序输出。不同点 逐行扫描一次完整扫描所有行画面完整、运动效果好隔行扫描每次只扫描奇数行或偶数行再交替组成一帧以降低带宽但运动场景容易产生锯齿和拖影。逐行扫描是一口气读完整张图隔行扫描是先读奇数行再读偶数行拼成一张图。逐行扫描Progressive Scan 一次完整扫描整幅图像。隔行扫描Interlaced Scan 两次交替扫描拼成一幅图像。隔行扫描的诞生是为了在早期带宽有限的条件下用先传半张、再补半张的方法提高屏幕刷新频率、减少闪烁代价是奇偶行采集时间不同运动场景容易出现锯齿和拖影因此如今已基本被逐行扫描取代。0 ms 奇数行 ↓ 16.7 ms 偶数行 ↓ 33 ms 下一帧奇数行虽然真正完整的一帧仍然是 30 FPS但是屏幕每 16.7 ms 就有一次更新。因此看起来像60 次刷新。卷帘快门与全快门相同点 卷帘快门Rolling Shutter和全局快门Global Shutter都是相机的曝光方式用于控制传感器各像素何时开始和结束曝光。不同点 卷帘快门按行依次曝光和读取成本低、易实现但高速运动时容易产生果冻效应全局快门所有像素同时曝光再统一读取能真实冻结运动但成本更高、像素结构更复杂。卷帘快门是一行一行拍全局快门是所有像素同时拍。卷帘快门Rolling Shutter 逐行曝光、逐行读取。全局快门Global Shutter 同时曝光、统一读取。“卷帘逐行全局同步静态差别小运动见高低。”对于机器视觉、机器人、高速检测等存在快速运动的场景全局快门通常是更合适的选择而手机、普通监控和消费相机由于成本和成像性能的综合考虑多数采用卷帘快门。黑白相机与彩色相机3个图像传感器分别接收 RGB 三个分量Bayer Pattern 的本质就是给每个像素戴上一副红、绿、蓝中的一种有色眼镜让每个像素只负责测量一种颜色再利用周围像素的信息通过去马赛克Demosaicing算法补齐另外两种颜色最终恢复出完整的彩色图像。一个像素只测一种颜色。其他颜色让邻居告诉它。这就是 Bayer Pattern。最经典的是 RGGBR G R G G B G B R G R G G B G B为什么绿色更多因为人的眼睛对绿色最敏感。绿色决定细节。红蓝决定颜色。Q为什么恢复颜色叫去马赛克原始 Bayer 图颜色一块一块特别像地砖。所以叫Color Mosaic。恢复颜色叫De-Mosaic。Q为什么不是每个像素都有 RGB面积不够。面积变为了3倍2、工业相机接口类型黑白 (Monochrome)彩色 (Color)3、机器视觉应用及展望检测功能机器视觉应用行业机器视觉知名品牌软件开发平台市场4、参考https://www.bilibili.com/video/BV1k2421M7tg?spm_id_from333.788.videopod.sectionsvd_sourcea2337ee1e48dbaccac1746d36aed6c99