1、简介       

       机器视觉相机的目的是将通过镜头投影到传感器的图像传送到能够储存、分析和（或者）显示的机器设备上。可以用一个简单的终端显示图像，例如利用计算机系统显示、存储以及分析图像。

2、分类

       按照芯片类型可以分为CCD相机、CMOS相机；按照传感器的结构特性可以分为线阵相机、面阵相机；按照扫描方式可以分为隔行扫描相机、逐行扫描相机；按照分辨率大小可以分为普通分辨率相机、高分辨率相机；按照输出信号方式可以分为模拟相机、数字相机；按照输出色彩可以分为单色（黑白）相机、彩色相机；按照输出信号速度可以分为普通速度相机、高速相机；按照响应频率范围可以分为可见光（普通）相机、红外相机、紫外相机等。

3、CCD与CMOS区别

CCD和CMOS是现在普遍采用的两种图像工艺技术，它们之间的主要差异在于传送方式的不同，用过相机的人肯定对这两个名词不会陌生，可是对它们之间的性能区别，却并不是很了解。这里将做简单的比较说明。

1）噪声差异：由于CMOS的每个感光二极管都需要搭配一个放大器，若以百万像素计算的话，那就需要上百万个的放大器，然而放大器属于模拟电路，很难让所得的每个结果都保持一致。而CCD只需要一个放大器放在芯片边缘，与CMOS相比，它的噪声相对减少很多，大大提高了图像品质。

2）耗电量差异：CMOS采用主动式图像采集方式，感光二极管所产生的电荷会直接由旁边的电晶体放大输出；而CCD为被动式采集方式，必须外加12~18V的电压以使每个像素中的电荷移送到传输通道。因此CCD就必须设计更精密的电源线路和耐压强度，这样使得CCD的耗电量远远高出CMOS，根据计算CMOS的耗电量仅是CCD的1/8~1/10。

3）分辨率差异：由于CMOS的每个像素都比CCD复杂，且其像素尺寸很难达到CCD的水平，因此，当我们比较相同尺寸的CCD与CMOS时，CCD的分辨率通常会优于CMOS传感器的水平。例如，维视数字图像技术有限公司生产的4.40μm*4.40μm像元大小的CCD相机分辨率为1628*1236，而5.2μm*5.2μm像元大小的CMOS相机分辨率为1280*1024，对比结果明显得出：同尺寸大小，CCD的分辨率要高于CMOS，也就是说成像质量要优于CMOS。

4）灵敏度差异：因为CMOS信号是以点为单位的电荷信号，而CCD是以行为单位的电流信号，读取信号时 CMOS是点直接读取信号，CCD则是行间接读取信号，因此在像素尺寸相同的情况下，CMOS的灵敏度要低于CCD。

5）成本差异：由于CMOS与现有的大规模集成电路生产工艺相同，可以一次全部整合周边设施到传感器芯片中，大大节省了外围芯片的成本；而CCD采用电荷传递的方式输出数据，只要其中有一个像素传送出现故障，就会导致一整排的数据无法正常传送，因此控制CCD的成品率比CMOS困难许多，因此，CCD的制造成本就相对高于CMOS传感器。

4、如何选择机器视觉相机

相机的选取是设计机器视觉系统极关键的一步，首先明确需求：

第一、要先确定检测产品的精度要求。

第二、要确定相机要看的视野大小。

第三、要确定检测物体的速度。

第四、要确定是动态检测还是静态检测。

然后确定硬件类型

1）相面像素大小的确定：目前市面上的软件精度一般都是基本上没有误差的也就是人们所说的亚像素，但虽软件没有误差，但硬件的误差是不可避免的，所以现在市场上的机器视觉系统一般都保证在误差为一个像素，所以我们得到如下计算公式：精度=视野（长或宽）÷相机像素（长或宽），有了以上公式我们又有了第一和每二个需求就不难确定相机的像素大小了。假设视野为10mm，精度要求为0.02mm,那么相机的像素=10÷0.02=500像素，那就只需要30万（640*480）像素的相机就可以了。

2）相机传输方式的确定：目前市面上的相机传输方式有：

① 模拟相机（PCI采集卡）， 对速度要求不高可选择，优点：稳定，性价比高 缺点：帧率低，一般只能达到25帧—30帧。

②USB接口相机， 系统只用到单个相机的可先择，要求高速的时候可先择，优点：不需要占PCI插槽，帧频高，性价比高 缺点：占系统CPU。

③1394接口相机，系统用到多个相机的时候可先择，要求高速的时候可先择，优点：不占系统CPU，帧频高， 缺点：占PCI插槽，价格昂贵。

3）相机的触发方式的选择：

①连续采集模式 对静态检测可选择，产品连续运动不能给触发信号的可选择。

②软件触发模式 对动态检测可选择，产品连续运动能给触发信号的可选择。

③硬件触发模式 对高速动态检测可选择，产品连续高速运动能给触发信号的可选择。

5、机器视觉相机的参数设置

1）自动增益控制（AGC ON/OFF）：摄像头内有一个将来自 CCD 的信号放大到可以使用水准的视频放大器，其放大即增益，等效于有较高的灵敏度，然而在亮光照的环境下放大器将过载，使视频信号畸变。当开关在 ON 时，在低亮度条件下完全打开镜头光圈，自动增加增益以获得清晰的图像。开关在 OFF 时，在低亮度下可获得自然而低噪声的图像。

2）自动白平衡（ATW ON/OFF）：开关拨到 ON 时，通过镜头来检测光源的特性、色温，从而自动连续设定白电平，即使特性、色温改变也能控制红色和蓝色信号的增益。

3）自动亮度控制 / 电子亮度控制（ALC/ELC）：当选择 ELC 时，电子快门根据射入的光线亮度而连续自动改变 CCD 图像传感器的曝光时间（一般从 1/50 到 1/10000 秒连续调节）。选择这种方式时，可以用固定或手动光圈镜头替代 ALC 自动光圈镜头。

需要注意的是：在室外或明亮的环境下，由于 ELC 控制范围有限，还是应该选择 ALC 式镜头；在某些独特的照明条件下，可能出现下列情况：

① 在聚光灯或窗户等高亮度物体上有强烈的拖尾或模糊现象。

② 图像显著地闪烁和色彩重现性不稳定。

③ 白平衡有周期性变化，如果发生这些现象，应使用 ALC 镜头。

以固定光圈镜头采用 ELC 方式时，图像的景深可能小于使用 ALC 式镜头所获得的景深。因此，摄像头在完全打开固定光圈镜头而采用 ELC 方式时，景深会比使用 ALC 式镜头时小，而且图像上远处的物体可能不在焦点上。 当镜头是自动光圈镜头时，需要将开关拨到 ALC 方式。

4）背光补偿开关（BLC ON/OFF）：当强大而无用的背景照明影响到中部重要物体的清晰度时，应该把开关拨到 ON 位置。注意： ① 当与云台配用或照明迅速改变时，建议把该开关放在 OFF 位置，因为在 ON 位置时，镜头光圈速度变慢； ② 如果所需物体不在图像中间时，背光补偿可能不会充分发挥作用。

5）同步选择开关（LL/INT）：此开关用以选择摄像头同步方式， INT 为内同步； LL 为电源同步。有些摄像头还有一个 LL PHASE 电源同步相位控制器。当摄像头使用于电源同步状态时，此装置可调整视频输出信号的相位，调整范围大概是一帧。（调整需要专业人员进行操作）

6）镜头控制信号选择开关（VIDEO/DC）： ALC 自动光圈镜头的控制信号有两种，当需要将直流控制信号的自动光圈镜头安装在摄像头上时，应该选择 DC 位置，需要安装视频控制信号的自动光圈镜头时，应该选择 VIDEO 位置。

当选择 ALC 自动光圈视频驱动镜头时，还会有一个视频电平控制（ VIDEO LEVEL L/H ）可能需要调整，该控制器调节输出给自动光圈镜头的控制电平，用以控制镜头光圈的开大和缩小（凹进光亮）。在摄像头的配件中，有一个黑色的小插头，插头有四个针，联接摄像头上的黑色插座。如果用 DC 驱动的自动光圈镜头，镜头上已经做好了插头，只要插在插座上，把选择开关拨到 DC 即可；如果用视频驱动的自动光圈镜头，需要用户根据说明书上的标注，用烙铁焊好。由于厂家定义不同，所以焊法也有区别，在安装时需要留意。

7）细节电平选择开关（SOFT/SHARP）：该开关用以调节输出图像是清晰（ SHARP ）还是平滑（ SOFT ），通常出厂设定在 SHARP 位置。

8）无闪动方式（FLICKERLESS）：在电源频率为 50Hz 的地区， CCD 积累时间为 1/50 秒，如果使用 NISC 制式摄像机，其垂直同步频率为 60Hz ，这样将造成视觉影像不同步，在监视器上出现闪动；反之，在电源为 60Hz 的地区用 PAL 制式摄像机也会有此现像。为克服此现像，在电子快门设置了无闪动方式档，对 NISC 制式摄像机提供 1/100 秒，对 PAL 制式摄像机提供 1/120 秒的固定快门速度，可以防止监视器上图像出现闪烁。手动电子快门：有些用户使用 CCD 摄取运动速度比较快的物体，如果以 1/50 秒速度拍摄，会产生拖尾现像，严重影响图像质量。有些摄像头给出了手动电子快门，使 CCD 的电荷偶合速度固定在某一值，例如 1/500 、 1/1000 、 1/2000 秒等等，此时 CCD 的电荷偶合速度提高，这样采集下来的图像相对来说会减少拖尾现像，而且对于观测高速运动或电火花一类物体，必须使用此设置。所以，某些专用摄像头给出了手动电子快门，提供给特殊用途的用户。