工业相机基础知识

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感光芯片

感光芯片是数码摄像头重要组成部分，根据制作工艺不同可以分为CCD（电荷耦合器件）和CMOS（金属氧化物半导体元件）。其中CCD常用于高端技术，CMOS应用于较低影响品质的产品中。 他们的主要区别如下：

1. 成像过程 由于CCD仅有一个（或少数几个）输出节点统一读出，其信号输出的一致性非常好；而CMOS芯片中，每个像素都有各自的信号放大器，各自进行电荷-电压的转换，其信号输出的一致性较差。但是CCD为了读出整幅图像信号，要求输出放大器的信号带宽较宽，而在CMOS 芯片中，每个像元中的放大器的带宽要求较低，大大降低了芯片的功耗，这就是CMOS芯片功耗比CCD要低的主要原因。尽管降低了功耗，但是数以百万的放大器的不一致性却带来了更高的固定噪声，这又是CMOS相对CCD的固有劣势。

2. 集成性 CCD的制造工艺复杂，输出的只是模拟电信号，还需要后续的译码器，模拟转换器，图像信号处理器等，集成度低。COMS可以把信号放大器，模数转换器等集成在一块芯片上，集成度高，成本低。随着CMOS成像技术的进步，CMOS未来会有越来越多的应用场景。 成像过程由于CCD仅有一个（或少数几个）输出节点统一读出，其信号输出的一致性非常好；而CMOS芯片中，每个像素都有各自的信号放大器，各自进行电荷-电压的转换，其信号输出的一致性较差。但是CCD为了读出整幅图像信号，要求输出放大器的信号带宽较宽，而在CMOS 芯片中，每个像元中的放大器的带宽要求较低，大大降低了芯片的功耗，这就是CMOS芯片功耗比CCD要低的主要原因。尽管降低了功耗，但是数以百万的放大器的不一致性却带来了更高的固定噪声，这又是CMOS相对CCD的固有劣势。

3. 输出速度 CCD采用逐个光敏输出，只能按照规定的程序输出，速度较慢。CMOS有多个电荷-电压转换器和行列开关控制，读出速度快很多，大部分500fps以上的高速相机都是CMOS相机。此外CMOS 的地址选通开关可以随机采样，实现子窗口输出，在仅输出子窗口图像时可以获得更高的速度。

4. 噪声 CCD技术发展较早，比较成熟，采用PN结或二氧化硅（SiO2）隔离层隔离噪声，成像质量相对CMOS光电传感器有一定优势。

参考资料： CCD相机 感光芯片

线阵相机与面阵相机

 

面阵相机 面阵相机是一款以面为单位来进行图像采集的成像工具，可以一次性获取完整的目标图像，具有测量图像直观的优势，在目标物体的形状、尺寸，甚至温度等方面的测量应用上发挥着至关重要的成像作用。 面阵相机可以在短时间内曝光，拍动态的物体能够早短时间内成像，拍摄出来的效果感觉就是静态的。所以比较使用运用在一些物体高速运转的行业中。

参考资料： 线阵相机与面阵相机有哪些区别 面阵相机与线阵相机的区别

输出接口

工业相机分为模拟相机、数字相机。其中数字相机又分为：USB2.0、USB3.0、GIGE千兆网、1394、CoaxPress、Camera Link等多种类型的接口。而各种接口都有其利弊。

http://www.yvsion.com/chanpinzhishi/176.html

京航科技

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1. USB接口 USB接口直接输出数字图像信号，串行通信，支持热拔插，传输速度在120Mbps-480Mbps之间，会占用CPU资源。传输距离较短，稳定性稍差。 目前广泛采用的USB2.0接口，是最早应用的数字接口之一，具有开发周期短，成本低廉的特点。其缺点是传输数据较慢，传输数据过程需要CPU参与管理，占用资源，且由于接口没有螺丝固定，链接容易松动，最新的USB3.0接口使用了新的USB协议，可以更快的传输数据，但目前USB3.0的相机市场上不是很多。

2. GIGE千兆网 千兆网接口的工业相机，应用中还是非常多的。一般来讲，连接到千兆网卡上，即能正常工作。但是需要注意一些特殊的细节，如早期的NI的软件，可能对千兆网卡的芯片有要求，需要使用INTEL的芯片才可以正常驱动GIGE相机，而使用如Realtek的芯片网卡，就无法响应。另外在千兆网卡的属性中，也有与1394中的Packet Size类似的巨帧。设置好此参数，可以达到更理想的效果。

3. Camera Link Camera Link接口的相机，实际应用中比较少。不过其传输速度是目前的工业相机中最快的一种总线类型。 需要单独的Camera Link采集卡，成本较高，便携性低 ，一般用于高分辨率高速面阵相机，或者是线阵相机上 。

4. CoaXPress 是一种非对称的高速点对点串行通信数字接口标准。该标准容许设备（如：数字相机）通过单根同轴电缆连接到主机（如：个人电脑中的数据采集设备），以高达6.25G比特/秒的速度传输数据。4根线缆可达25 Gbit/s。传输距离更长可超过100 米 (不使用集线器和中继器)，可选的传输距离和传输量：从 50 m @ 6.25 Gbit/s 到 170 m @ 1.25 Gbit/s，可实现低延迟实时数据传输。

参考资料： 工业相机数据接口介绍_英视科技 工业相机接口标准详解

镜头

单开一章。

视场角计算

视场角大小和CCD传感器尺寸和镜头焦距有关：

水平视场角 = 2 × arctan（w / 2f）;

垂直视场角 = 2 × arctan（h / 2f）;

视场角 = 2 × arctan（d / 2f）;

w为CCD的宽，h为CCD的高，d为CCD对角线长。

参考资料

工业相机基础知识（一）