—工业数字相机篇
机器视觉系统
主讲人：张勇
中国大恒（集团）有限公司北京图像视觉技术分公司
工业摄像机分类
按输出图像信号格式划分n 模拟摄像机
ØPAL （黑白为CCIR ）ØNTSC （黑白为EIA ）
n 数字摄像机
ØIEEE1394ØUSB2.0ØCamera Link ØGigE
工业摄像机分类按像素排列方式划分
n 面阵摄像机
Ø黑白摄像机
ØBayer 彩色相机
Ø
3CCD 彩色相机（分光棱镜）
n 线阵摄像机
Ø黑白摄像机
Ø3Line 彩色摄像机
Ø
3CCD 彩色摄像机（分光棱镜）
工业摄像机靶面尺寸和分辨率
靶面尺寸
1’
2/3’
1/1.8’
1/2’
1/3’
1/4’
宽x 高(m m )12.8x 9.68.8x 6.67.18x 5.326.4x 4.84.8x 3.63.6x 2.7
V G A
S V G A X G A S X G A
U X G A
分辨率
659x 494
782x 582
1034x 779
1392x 10401628x 1236
工业摄像机芯片分类
按芯片类型划分：
•C C D 摄像机•C MO S 摄像机
C C
D S e n s o r —全帧转移
Output (Amplifier)
Serial readout register
Ø优点：填充因子(f i l l
f a c t o r )可以达到非常高，甚至达到100%。这样S e n s o r 灵敏度非常大。Ø缺点：由于传输和读出使用的时钟相同，因此S e n s o r 上面的部分曝光时间比下面的长，这会造成S m e a r 现象。为了解决这个问题，必须使用机械快门或闪光灯。
C C
D S e n s o r —帧传输
Ø优点：在曝光时间较长的
情况下，S m e a r 现象比F u l l F r a m e A r r a y S e n s o r 小很多Ø缺点：由于需要两个S e n s o r ，因此成本非常高
Light sensitive CCD-sensor
Shielded memory area
Readout register
...............................
C C
D S e n s o r —行转移
Ø转移时间约为1u s ，因此完全不存在S m e a r 现象。
Ø优点：由于转移时间非常短，因此不需要使用机械快门或闪光灯
Ø缺点：由于屏蔽区占用了S e n s o r 的部分面积，因此使得此种传感器填充因子只能在20%~70%
Ø添加微镜头可以增加填充因子
Horizontal shift registers
vertical shift register
Shielded
(Photo diodes)Sensor elements Output (Amplifier)
电子快门和微透镜
ØO v e r f l o w D r a i n 主要用来消除C C D S e n s o r 的B l o o m i n g 现象，它也被用来实现电子快门
Ø通过M i c r o L e n s e s 可以将传感器的填充因子提高。
C MO S S e n s o r
C C
D v s C MO S
C C
D C M O S
优
1.图像质量高
2.灵敏度高
3.对比度高
1.体积小
2.片上数字化
3.很多片上处理功能
4.低功耗
5.没有B l o o m i n g 现象
6.直接访问单个像素
7.高动态范围（120d B ）
8.帧率可以更高劣
1.B l o o m i n g
2.不能直接访问每个像素
3.没有片上处理功能
1.一致性较差
2.光灵敏度差
3.噪声大
隔行扫描和逐行扫描
隔行扫描
逐行扫描
行曝光和帧曝光
行曝光
帧曝光
彩色摄像机－B a y e r彩色相机彩色摄像机－3L i n e s相机彩色摄像机－3C C D相机
工业数字摄像机主要接口类型ØU s b2.0
ØI E E E1394
ØC a m e r a L i n k
ØG i g E
U S B接口
标准发布日期传输速率应用
U s b1.01996年1.5M b p s N O
U s b1.11998年12M b p s U s b鼠标、键盘、家用扫描
仪、一些网络摄像机等
U s b2.0
H i g h-
s p e e d
2000年480M b p s80％的带宽用于图像传输，
约38M B
U s b3.0
S u p e r-
p e e d
2008.084.8G b p s N O
