�(jī)器視覺系�(tǒng)中常用攝像機(jī)的分�
一、根�(jù)不同感光芯片劃分
我們知道感光芯片是攝像�(jī)的核心部�，目前攝像機(jī)常用的感光芯片有CCD和CMOS兩種�
1.CCD攝像�(jī)，CCD稱為電荷耦合器件，CCD�(shí)際上只是一�(gè)把從圖像半導(dǎo)體中出來的電子有組織地儲(chǔ)存起來的方法�
2.CMOS攝像�(jī)，CMOS稱為“互�(bǔ)金屬氧化物半�(dǎo)體”，CMOS�(shí)際上只是將晶體管放在硅塊上的技�(shù)，沒有更多的含義�
盡管CCD表示“電荷耦合器件”而CMOS表示“互�(bǔ)金屬氧化物半�(dǎo)體�，但是不論CCD或者CMOS�(duì)于圖像感�(yīng)都沒有用，真正感�(yīng)的傳感器稱做“圖像半�(dǎo)體�，CCD和CMOS傳感器實(shí)際使用的都是同一種傳感器“圖像半�(dǎo)體”，圖像半導(dǎo)體是一�(gè)P N�(jié)合半�(dǎo)�，能夠轉(zhuǎn)換光線的光子爆炸�(jié)合處成為成比例數(shù)量的電子。電子的�(shù)量被�(jì)算信�(hào)的電�，光線�(jìn)入圖像半�(dǎo)體得越多，電子產(chǎn)生的也越多，從傳感器輸出的電壓也越高�
�?yàn)槿搜勰芸�?Lux照度(滿月的夜�)以下的目�(biāo)，CCD傳感器通常能看到的照度范圍�0.1~3Lux，是CMOS傳感器感光度�3�10�，所以目前一般CCD攝像�(jī)的圖像質(zhì)量要�(yōu)于CMOS攝像�(jī)�
CMOS可以將光敏元�、放大器、A/D�(zhuǎn)換器、存�(chǔ)�、數(shù)字信�(hào)處理器和�(jì)算機(jī)接口控制電路集成在一塊硅片上，具有結(jié)�(gòu)�(jiǎn)�、處理功能多、速度�、耗電�、成本低等特�(diǎn)。CMOS攝像�(jī)存在成像�(zhì)量差、像敏單元尺寸小、填充率低等問題�1989年后出現(xiàn)了“有源像敏單元”結(jié)�(gòu)，不僅有光敏元件和像敏單元的尋址開關(guān)，而且還有信號(hào)放大和處理等電路，提高了光電靈敏�、減小了噪聲，擴(kuò)大了�(dòng)�(tài)范圍，使得一些參�(shù)與CCD攝像�(jī)相近，而在功能、功�、尺寸和�(jià)格方面要�(yōu)于CCD，逐步得到廣泛的應(yīng)�。CMOS傳感器可以做得非常大并有和CCD傳感器同樣的感光度，因此非常適用于特殊應(yīng)�。CMOS傳感器不需要復(fù)雜的處理過程，直接將圖像半導(dǎo)體產(chǎn)生的電子�(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，因此就�?？欤@�(gè)�(yōu)�(diǎn)使得CMOS傳感器對(duì)于高幀攝像�(jī)非常有用，高幀速度能達(dá)�400�100000幀/��
�、按輸出圖像信號(hào)格式劃分
模擬攝像�(jī)
模擬攝像�(jī)所輸出的信�(hào)形式為標(biāo)�(zhǔn)的模擬量視頻信號(hào)，需要配專用的圖像采集卡才能�(zhuǎn)化為�(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字信息。模擬攝像機(jī)一般用于電視攝像和�(jiān)控領(lǐng)�，具有通用性好、成本低的特�(diǎn)，但一般分辨率較低、采集速度慢，而且在圖像傳輸中容易受到噪聲干擾，導(dǎo)致圖像質(zhì)量下�，所以只能用于對(duì)圖像�(zhì)量要求不高的�(jī)器視覺系�(tǒng)。常用的攝像�(jī)輸出信號(hào)格式有：
PAL(黑白為CCIR)，中�(guó)電視�(biāo)�(zhǔn)�625��50�(chǎng)
NTSC(黑白為EIA)，日本電視標(biāo)�(zhǔn)�525��60�(chǎng)
SECAM
S-VIDEO
分量傳輸
�(shù)�?jǐn)z像機(jī)
�(shù)�?jǐn)z像機(jī)是在�(nèi)部集成了A/D�(zhuǎn)換電�，可以直接將模擬量的圖像信號(hào)�(zhuǎn)化為�(shù)字信�，不僅有效避免了圖像傳輸線路中的干擾問題，而且由于擺脫了標(biāo)�(zhǔn)視頻信號(hào)格式的制�，對(duì)外的信號(hào)輸出使用更加高速和靈活的數(shù)字信�(hào)傳輸�(xié)�，可以做成各種分辨率的形�，出�(xiàn)了目前數(shù)�?jǐn)z像機(jī)百花齊放的形�(shì)。常見的�(shù)�?jǐn)z像機(jī)圖像輸出�(biāo)�(zhǔn)有：
IEEE1394
USB2.0
DCOM3
RS-644 LVDS
Channel Link LVDS
Camera Link LVDS
千兆�(wǎng)
按像元排列方式劃�
面陣攝像�(jī)
面陣攝像�(jī)是我們常見的形式，其像元是按行列整齊排列�，每�(gè)像元�(duì)�(yīng)圖像上的一�(gè)像素�(diǎn)，我們一般所說的分辨率就是指像元的�(gè)�(shù)。需要指出的是我們計(jì)算機(jī)中的彩色圖像一般是每�(gè)像素�(diǎn)由R、G、B三�(gè)值來表示，但我們一般的彩色攝像�(jī)卻并不是這樣�，下面分別�(jìn)行介紹：
黑白攝像�(jī)，每�(gè)像素�(diǎn)�(duì)�(yīng)一�(gè)像元，該像元�(duì)于各種波�(zhǎng)的光具有較一致的敏感度，采集得到的只是每�(gè)像素�(diǎn)的灰度��
采用BAYER�(zhuǎn)化的單片彩色攝像�(jī)，這種攝像�(jī)的每�(gè)像素�(diǎn)�(shí)際只�(duì)�(yīng)R、G、B三種之一的像�，R、G、B三種像元按一定的�(guī)律排�，我們實(shí)際所得到的每�(gè)像素�(diǎn)的R、G、B三原色的�(shù)值是根據(jù)該像素點(diǎn)及其周圍若干�(diǎn)的三色數(shù)值�(jìn)行BAYER插分�(jì)算而來的，所以這種攝像�(jī)所得到的圖像往往不能得到很好的彩色效�，尤其是�(duì)�(yīng)邊緣位置�(huì)有較明顯的色彩失真和�(xì)節(jié)的丟�。目前我們常見的彩色攝像�(jī)一般是這種形式�，其�(jià)格和同檔次的黑白攝像�(jī)相近�
BAYER彩色攝像�(jī)原理�
3CCD彩色攝像�(jī)，這種攝像�(jī)每�(gè)像素�(diǎn)�(duì)�(yīng)有R、G、B三�(gè)感光元件，采用分光棱鏡將入射光線分別折射到三�(gè)CCD靶面�，分別�(jìn)行光電轉(zhuǎn)換得到R、G、B三色的數(shù)�(見下�)。這種攝像�(jī)得到的圖像質(zhì)量好，沒有細(xì)節(jié)丟失的問題，但由于攝像機(jī)�(jié)�(gòu)�(fù)�，所以一般較昂貴。另外由于這種攝像�(jī)采用了分光棱鏡的方式，光線到�(dá)每�(gè)CCD靶面的光程是不一樣的，所以需要鏡頭做針對(duì)性的�(shè)�(jì)才能�(dá)到比較好的圖像效�，所以使�3CCD的攝像機(jī)還需要配備專用的鏡頭�
3CCD彩色攝像�(jī)原理�
線陣攝像�(jī)
線陣攝像�(jī)是一種比較特殊的形式，其像元是一維線狀排列�，即只有一行像�，每次只能采集一行的圖像�(shù)�(jù)，只有當(dāng)攝像�(jī)與被攝物體在縱向相對(duì)�(yùn)�(dòng)�(shí)才能得到我們平?？吹降亩S圖像。所以在�(jī)器視覺系�(tǒng)中一般用于被�(cè)物連續(xù)�(yùn)�(dòng)的場(chǎng)合，尤其適合于運(yùn)�(dòng)速度較快、分辨率要求較高的情��
黑白攝像�(jī)，也是最常用的線陣攝像機(jī)，每�(gè)像素�(diǎn)�(duì)�(yīng)一�(gè)像元，采集得到的是灰度圖��
3Line彩色攝像�(jī)，該攝像�(jī)的具有R、G、B三行像元，分別對(duì)�、綠、蘭三種波長(zhǎng)的光敏感，所以每�(gè)像素�(diǎn)都會(huì)�(duì)�(yīng)R、G、B三�(gè)通道的數(shù)�，形成彩色的圖像�(shù)�(jù)。需要注意的�，由于R、G、B三行像元在同一�(shí)刻所采集的并非同一位置的信�(見圖)，在�(shí)際應(yīng)用中需要�(jìn)行運(yùn)�(dòng)校正才能得到所需的彩色圖�。一般的攝像�(jī)都提供內(nèi)部�(jìn)行運(yùn)�(dòng)校正處理的功能，但對(duì)于對(duì)比度非常高的圖像邊緣還是容易出現(xiàn)色彩失真的現(xiàn)��
3CCD彩色攝像�(jī)，與面陣�3CCD攝像�(jī)原理相同，采用分光棱鏡將入射光線分別折射到三�(gè)CCD靶面�，分別�(jìn)行光電轉(zhuǎn)換得到R、G、B三色的數(shù)值。圖像質(zhì)量好，但需配備專用鏡頭�