CMOS图像传感与红外激光照明

相机、镜头、光源如何选择（建议收藏）机器视觉在跨多个学科的行业和研究领域实现了令人兴奋的新进展。

设计机器视觉系统似乎令人生畏，本文概述了机器视觉系统的不同方面，目的是帮助相机、镜头、光源的选择。

相机机器视觉相机中的传感器是一项技术，可从视场(FOV) 中的相应对象创建图像。

传感器是相机中规格最多的部分，它决定了相机的一些最重要的特性。

这些重要特性包括但不限于传感器尺寸、像素尺寸、光谱特性和快门类型。

由于适用于不同目的、应用和技术的相机型号种类繁多，因此了解相机的应用非常重要。

最常见的相机接口是通用串行总线(USB) 和千兆以太网 (GigE)，这些接口提供标准化的数据传输协议和软件兼容性。

此外，相机接口决定了数据传输速度和相机同步等规格USB 3.1 Gen 1 是一种通用接口，数据传输速率限制在 5 Gb/s 左右。

GigE 连接范围从 1000 Mb/s 到 10 Gb/s。

数据传输速度影响帧速率。

对于在FOV 中快速移动的物体，与USB 接口相关的更快数据传输速率可能是比 USB 接口更好的选择，尤其是对于实时视频捕获。

通常，USB 为相机供电。

默认情况下，大多数GigE 接口不为摄像机供电。

但是，某些 GigE 接口可以使用以太网供电 (PoE) 或输入/输出连接 (GPIO)。

这些 PoE 和 GPIO 接口将需要额外的电缆和电源。

传感器尺寸决定了FOV 的大小和系统的主要放大倍率(PMAG)。

图1 显示了用于传感器格式的命名约定，该命名约定基于1930 年代至 1990 年代用于电视摄像机的过时阴极射线摄像机管。

带有数字的命名约定不提供有关它们所指的传感器尺寸的直接信息。

但是，规格表上为成像镜头指定了最大传感器格式。

如果相机传感器大于镜头的最大传感器格式，则传感器边缘会变暗；这种现象称为渐晕。

在选择成像镜头时，传感器尺寸兼容性很重要。

主要用于机器视觉相机的传感器技术有两种。

CCD和CMOS传感器，两者都将光转换为电子信号。

cmos感光原理
CMOS感光原理是指利用CMOS技术制造的感光器件，其原理是通过光电效应将光信号转化为电信号，从而实现图像的采集和处理。

CMOS感光原理是数字摄像机、手机摄像头等现代电子产品中广泛应用的技术之一。

CMOS感光原理的核心是CMOS图像传感器。

CMOS图像传感器是一种集成电路，由大量的光敏元件、信号放大器、模数转换器等组成。

当光线照射到CMOS图像传感器上时，光敏元件会产生电荷，这些电荷被信号放大器放大后，经过模数转换器转化为数字信号，最终形成图像。

CMOS感光原理相比于传统的CCD感光原理具有许多优势。

首先，CMOS图像传感器的制造工艺更加成熟，生产成本更低，因此价格更加亲民。

其次，CMOS图像传感器的功耗更低，能够延长电池寿命。

此外，CMOS图像传感器的集成度更高，可以实现更多的功能，如自动对焦、HDR等。

CMOS感光原理的应用非常广泛。

在数字摄像机中，CMOS感光原理可以实现高清晰度、高速度的图像采集，使得摄影爱好者可以轻松地拍摄出高质量的照片和视频。

在手机摄像头中，CMOS感光原理可以实现更小的尺寸和更高的像素密度，使得手机摄像头可以实现更高的拍摄质量和更多的功能。

CMOS感光原理是一种非常重要的技术，它已经成为现代电子产品中不可或缺的一部分。

随着科技的不断进步，CMOS感光原理将会得到更广泛的应用，为人们带来更多的便利和乐趣。

简述cmos图像传感器的工作原理及应用CMOS图像传感器是一种用于转换光信号为电子信号的器件，可以将光学图像转换成数字图像，其工作原理是基于光电效应和集成电路技术。

CMOS图像传感器由图像传感单元阵列和信号处理单元组成。

图像传感单元阵列由大量的光敏单元组成，每个光敏单元具有一个光感受器和一个电荷积累器，用于将光信号转换为电荷，并对图像进行采样。

每个光敏单元相邻之间通过衬底电位的设置实现光电转换效应。

信号处理单元负责将电荷转换为电压、放大、采样和数字化。

CMOS图像传感器的工作原理如下：当光照射到光敏单元上时，光敏单元中的光感受器将光信号转化为电荷。

电荷通过电场的作用从光感受器向电荷积累器偏移，并在电荷积累器中积累。

一旦接收到光信号并完成电荷积累后，将在传感器的特定位置产生电压信号。

然后，信号处理单元会将电荷转换为电压，并对图像进行放大、采样和数字化处理。

最后，图像传感器将数字图像通过数据接口发送给外部设备。

CMOS图像传感器具有以下几个优点：1. 集成度高：CMOS图像传感器可以集成在单个芯片上，因此可以实现小尺寸和轻量化，适合于集成在各种移动设备中。

2. 低功耗：CMOS图像传感器的功耗相对较低，可以延长设备的电池寿命。

3. 成本低：相比于传统的CCD图像传感器，CMOS图像传感器的制造工艺更简单，成本更低。

4. 高速读取：CMOS图像传感器可以实现高速连续拍摄，适用于高速摄影和视频录制等应用。

5. 可编程性强：CMOS图像传感器的信号处理单元可以通过软件配置进行调整和优化，实现更灵活的图像处理。

CMOS图像传感器在各个领域都有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：1. 摄像头和视频监控：CMOS图像传感器可以应用于手机摄像头、数码相机、安防摄像头等领域，实现图像和视频的捕捉和处理。

2. 机器视觉和工业自动化：CMOS图像传感器可以应用于机器视觉系统中，用于图像的识别、测量和检测，广泛应用于工业自动化、智能制造等领域。

浅析红外摄像机的组成及成像原理
一般红外摄像机主通常由：感光芯片(CCD或CMOS)、DSP处理芯片、
红外LED补光灯板、镜头、摄像机外壳、线缆等主要部件组成。

下面对每个部件进行深一步的剖析：
1、感光芯片
感光芯片是一个摄像机的“眼睛”它的好坏直接决定着摄像机成像质量，特别是红外摄像机在夜晚光线不足的情况下，显得尤为重要。

感光芯片分为CCD和CMOS两种，两者基本上都是采用矽感光二极体
进行光电转换。

但由于两者构造不同：CMOS每个像素有独立的放大器;CCD则采用电荷传递方式输出信号，所有像素采用同一放大器进行信号放大。

这样相同面积下像素点相同时，CMOS感光面积相对低于CCD，造成CMOS低照度效
果相对CCD较差，再者CMOS每个放大器放大倍数都不同，造成夜晚但CMOS由于工艺较CCD简单，成本较低，随着新技术新工艺不断改善，CMOS
的高像素、信号处理迅速等优势逐渐明显，在监控领域份额越来越大，必将给传统的CCD安防天下带来新的挑战。

2、DSP处理芯片
如果说感光芯片是摄像机的眼睛，那DSP就是摄像机的“大脑”，它不仅控制CCD信号的采集，而且对信号进行频谱分析、数字滤波、智能分析等。

所以DSP功能的强弱直接影响着3、红外LED补光灯板
目前红外摄像机常用三种光线波长的红外补光灯，红外波段为
810nm，850nm，940nm。

810nm一般用于激光红外灯板，由于激光出光角度小，
光线集中，故激光红外灯一般使用在夜晚中远距离监控。

850nm，940nm波段红。

cmos 波长范围CMOS波长范围是指互补金属氧化物半导体 (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 设备的工作波长范围。

CMOS是一种集成电路技术，广泛应用于数字逻辑电路和微处理器中。

CMOS器件通常以纳米级别的尺寸制造，因此其工作频率受到波长范围的限制。

下面是一些与CMOS波长范围相关的参考内容：1. CMOS器件的工作波长范围通常在红外区域（700 nm至1000 nm之间）。

这是因为在这个波长范围内，CMOS器件具有较高的灵敏度和响应速度。

2. 许多CMOS摄像头和光传感器的波长范围从可见光到近红外光（400 nm至1000 nm）。

这允许它们在可见光和近红外光照下进行图像捕捉和识别。

3. 由于CMOS器件的制造技术的限制，其工作波长范围不能涵盖远红外光（超过1000 nm）。

对于在远红外光频谱范围内的应用，通常需要使用其他器件和技术，如红外焊接。

4. CMOS器件在不同波长范围内的响应特性具有差异。

例如，在可见光范围内，CMOS器件对波长的响应类似于人眼，可以准确地捕捉并呈现可见光谱中的不同颜色。

而在近红外光范围内，CMOS器件的响应特性主要用于透射图像捕捉和红外辐射检测。

5. CMOS器件的波长范围对于许多应用非常重要。

例如，在生物医学领域，CMOS器件可以用于红外成像，帮助诊断疾病和疟疾。

在安防领域，CMOS摄像头可以用于夜视和人脸识别。

总的来说，CMOS器件的工作波长范围通常在可见光和近红外光之间，其响应特性和应用范围取决于具体的器件设计和制造技术。

虽然CMOS器件在红外区域的响应相对较弱，但它们在可见光谱范围内具有良好的性能，因此在许多应用中仍然得到广泛应用。

红外摄像机选购需知固体摄像机有CMOS与CCD两种。

同CCD一样，CMOS图像传感芯片对红外光波也有反应，但它在890～980nm范围内其灵敏度比CCD图像传感芯片的灵敏度要高出许多，并随波长增加而衰减的梯度也慢一些。

随着CMOS图像芯片的飞速发展，其噪音讯号进一步压低，星光级的CMOS摄像机已有面市。

1.最好选低照度摄像机，其照度要求一般≤0.02Lux。

有些摄像机制造商或销售商虚报最低照度，使夜视有效距离大大降低，因此最好能具体测试。

2.红外摄像机图像传感器的尺寸越大越好。

夜视摄像机多选1/2in的CCD，绝对不能选1/4in 的。

3.需隐蔽场合选CMOS超微型摄像机。

4.要有自动电子快门功能;5.要有AGC自动增益控制功能。

摄像机镜头是红外摄像机的关键设备，它的质量(指标)优劣直接影响到系统的成像效果，在选择镜头时要注意以下几个要点：1.最好选红外镜头。

因普通的光学镜头，物体反射回镜头的红外光不能有效聚焦到CCD靶面上，此时红外夜视效果就会大打折扣，因而最好选用红外镜头。

尤其是彩转黑摄像机，否则不能使日夜焦面一致，致使日夜图像不能保持清晰z w c om;2.镜头的成像尺寸应与摄像机CCD靶面尺寸一致;3.镜头的分辨率与透光率要达到要求;4.最好选自动光圈镜头，以适应昼夜照度很大的变化。

5.监视距离1km以上，需激光扩束准直镜头。

要根据欲观察场景的大小与距离选择合适的激光扩束准直镜头，使激光束能照亮所需监控的场景，以便监控场景的反射光能被摄像机所接收。

值得指出的是，红外摄像机的选择最重要的问题是成套性。

除选红外灯、摄像机、镜头外，还要注意防护罩、供电电源等的成套综合考虑。

例如，不同的视窗玻璃，特别是自动除霜镀膜玻璃，对红外光的衰减也不同，所以要注意选择性能好的视窗玻璃的防护罩。

红外监控摄像机安装第1步决定在哪里安装您的红外摄像机。

相机应包括每个入境点，包括窗户和门。

车道，门廊，大门，停车场，车库和后院是所有常见的红外照相机的地方。

图像传感器的光电参数和选择标准图像传感器可将光信号转化为电信号，其光电参数直接决定了成像质量，是所有成像设备中的核⼼关键器件。

图像传感器分为 CCD器件和CMOS 器件。

CMOS图像传感器在帧频、集成度、可靠性、功耗和成本等⽅⾯优势明显。

随着 CMOS 技术的不断进步，CMOS 图像传感器的成像性能已接近或超越 CCD 器件，在⾼端⼯业、医疗、和科研应⽤中逐步取代 CCD，成为主流图像传感技术。

⽆论是 CMOS 或 CCD 图像传感器，其光电参数都可依据业界成熟的标准进⾏评价。

图像传感器的主要光电参数CMOS 和 CCD 图像传感器的性能指标可分为光学指标和电学指标，⽽其成像质量主要取决于以下光学指标：分辨率及像元尺⼨（Resolution and Pixel size）快门类型（Shutter Type）量⼦效率（Quantum Efficiency, QE）灵敏度（Sensitivity）暗噪声（Dark Noise）满阱容量（Full Well Capacity, FWC）动态范围（Dynamic Range, DR）暗电流（Dark Current, DC）除上述光学指标外，图像传感器的电学指标，如帧频、功耗、输出格式及数据率也是设计成像系统时需要考虑的重要指标。

1) 分辨率及像元尺⼨图像传感器的感光区是由多个像元排列的⼀维或⼆维矩阵，其中像元（或像素）为单个感光单元。

图像传感器的分辨率通常由该矩阵的横纵⽅向的像元数表⽰，如 1920 x 1080，或由其乘积表⽰，如 2 百万分辨率(2MP)。

像元尺⼨为每个像元的物理尺⼨，即相邻像元中⼼的间距。

像元尺⼨越⼤，能收集到的光⼦数越多，芯⽚灵敏度越⾼，意味着在同样的光照条件下和曝光时间内，芯⽚能收集到的有效信号越多。

在光强可控的⼯业应⽤中，像元尺⼨⼀般在 4.5-6.5 微⽶之间；⽽在微光应⽤中，像元尺⼨多在 10 微⽶到 24 微⽶之间，以保证⾜够的灵敏度，提升图像信噪⽐；在 X射线成像应⽤中，多采⽤ 10-16 微⽶的像元，可有效降低所需射线剂量，减少对⼈体不必要的辐射。