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根據不同感光芯片劃分 我們知道感光芯片是攝像機的核心部件，目前攝像機常用的感光芯片有CCD和CMOS兩種： １．CCD攝像機，CCD稱(chēng)為電荷耦合器件，CCD實(shí)際上只是一個(gè)把從圖像半導體中出來(lái)的電子有組織地儲存起來(lái)的方法。 ２．CMOS攝像機，CMOS稱(chēng)為“互補金屬氧化物半導體”，CMOS實(shí)際上只是將晶體管放在硅塊上的技術(shù)，沒(méi)有更多的含義。 盡管CCD表示“電荷耦合器件”而CMOS表示“互補金屬氧化物半導體”，但是不論CCD或者CMOS對于圖像感應都沒(méi)有用，真正感應的傳感器稱(chēng)做“圖像半導體”，CCD和CMOS傳感器實(shí)際使用的都是同一種傳感器“圖像半導體”，圖像半導體是一個(gè)PN結合半導體，能夠轉換光線(xiàn)的光子爆炸結合處成為成比例數量的電子。電子的數量被計算信號的電壓，光線(xiàn)進(jìn)入圖像半導體得越多，電子產(chǎn)生的也越多，從傳感器輸出的電壓也越高。 因為人眼能看到1Lux照度（滿(mǎn)月的夜晚）以下的目標，CCD傳感器通常能看到的照度范圍在0.1~3Lux，是CMOS傳感器感光度的3到10倍，所以目前一般CCD攝像機的圖像質(zhì)量要優(yōu)于CMOS攝像機。 CMOS可以將光敏元件、放大器、A/D轉換器、存儲器、數字信號處理器和計算機接口控制電路集成在一塊硅片上，具有結構簡(jiǎn)單、處理功能多、速度快、耗電低、成本低等特點(diǎn)。CMOS攝像機存在成像質(zhì)量差、像敏單元尺寸小、填充率低等問(wèn)題，1989年后出現了“有源像敏單元”結構，不僅有光敏元件和像敏單元的尋址開(kāi)關(guān)，而且還有信號放大和處理等電路，提高了光電靈敏度、減小了噪聲，擴大了動(dòng)態(tài)范圍，使得一些參數與CCD攝像機相近，而在功能、功耗、尺寸和價(jià)格方面要優(yōu)于CCD，逐步得到廣泛的應用。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用。CMOS傳感器不需要復雜的處理過(guò)程，直接將圖像半導體產(chǎn)生的電子轉變成電壓信號，因此就非�？�，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)使得CMOS傳感器對于高幀攝像機非常有用，高幀速度能達到400到100000幀/秒。 按輸出圖像信號格式劃分 模擬攝像機 模擬攝像機所輸出的信號形式為標準的模擬量視頻信號，需要配專(zhuān)用的圖像采集卡才能轉化為計算機可以處理的數字信息。模擬攝像機一般用于電視攝像和監控領(lǐng)域，具有通用性好、成本低的特點(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，導致圖像質(zhì)量下降，所以只能用于對圖像質(zhì)量要求不高的機器視覺(jué)系統。常用的攝像機輸出信號格式有： PAL（黑白為CCIR），中國電視標準，625行，50場(chǎng) NTSC（黑白為EIA），日本電視標準，525行，60場(chǎng) SECAM S-VIDEO 分量傳輸 數字攝像機 數字攝像機是在內部集成了A/D轉換電路，可以直接將模擬量的圖像信號轉化為數字信息，不僅有效避免了圖像傳輸線(xiàn)路中的干擾問(wèn)題，而且由于擺脫了標準視頻信號格式的制約，對外的信號輸出使用更加高速和靈活的數字信號傳輸協(xié)議，可以做成各種分辨率的形式，出現了目前數字攝像機百花齊放的形勢。常見(jiàn)的數字攝像機圖像輸出標準有： IEEE1394 USB2.0 DCOM3 RS-644LVDS Channel Link LVDS Camera LinkLVDS 千兆網(wǎng) 按像元排列方式劃分 面陣攝像機 面陣攝像機是我們常見(jiàn)的形式，其像元是按行列整齊排列的，每個(gè)像元對應圖像上的一個(gè)像素點(diǎn)，我們一般所說(shuō)的分辨率就是指像元的個(gè)數。需要指出的是我們計算機中的彩色圖像一般是每個(gè)像素點(diǎn)由R、G、B三個(gè)值來(lái)表示，但我們一般的彩色攝像機卻并不是這樣的，下面分別進(jìn)行介紹： 黑白攝像機，每個(gè)像素點(diǎn)對應一個(gè)像元，該像元對于各種波長(cháng)的光具有較一致的敏感度，采集得到的只是每個(gè)像素點(diǎn)的灰度值。 采用BAYER轉化的單片彩色攝像機，這種攝像機的每個(gè)像素點(diǎn)實(shí)際只對應R、G、B三種之一的像元，R、G、B三種像元按一定的規律排列，我們實(shí)際所得到的每個(gè)像素點(diǎn)的R、G、B三原色的數值是根據該像素點(diǎn)及其周?chē)舾牲c(diǎn)的三色數值進(jìn)行BAYER插分計算而來(lái)的，所以這種攝像機所得到的圖像往往不能得到很好的彩色效果，尤其是對應邊緣位置會(huì )有較明顯的色彩失真和細節的丟失。目前我們常見(jiàn)的彩色攝像機一般是這種形式的，其價(jià)格和同檔次的黑白攝像機相近。 BAYER彩色攝像機原理圖 3CCD彩色攝像機，這種攝像機每個(gè)像素點(diǎn)對應有R、G、B三個(gè)感光元件，采用分光棱鏡將入射光線(xiàn)分別折射到三個(gè)CCD靶面上，分別進(jìn)行光電轉換得到R、G、B三色的數值（見(jiàn)下圖）。這種攝像機得到的圖像質(zhì)量好，沒(méi)有細節丟失的問(wèn)題，但由于攝像機結構復雜，所以一般較昂貴。另外由于這種攝像機采用了分光棱鏡的方式，光線(xiàn)到達每個(gè)CCD靶面的光程是不一樣的，所以需要鏡頭做針對性的設計才能達到比較好的圖像效果，所以使用3CCD的攝像機還需要配備專(zhuān)用的鏡頭。 3CCD彩色攝像機原理圖 線(xiàn)陣攝像機 線(xiàn)陣攝像機是一種比較特殊的形式，其像元是一維線(xiàn)狀排列的，即只有一行像元，每次只能采集一行的圖像數據，只有當攝像機與被攝物體在縱向相對運動(dòng)時(shí)才能得到我們平�？吹降亩S圖像。所以在機器視覺(jué)系統中一般用于被測物連續運動(dòng)的場(chǎng)合，尤其適合于運動(dòng)速度較快、分辨率要求較高的情況。 黑白攝像機，也是最常用的線(xiàn)陣攝像機，每個(gè)像素點(diǎn)對應一個(gè)像元，采集得到的是灰度圖像。 3Line彩色攝像機，該攝像機的具有R、G、B三行像元，分別對紅、綠、蘭三種波長(cháng)的光敏感，所以每個(gè)像素點(diǎn)都會(huì )對應R、G、B三個(gè)通道的數值，形成彩色的圖像數據。需要注意的是，由于R、G、B三行像元在同一時(shí)刻所采集的并非同一位置的信息（見(jiàn)圖），在實(shí)際應用中需要進(jìn)行運動(dòng)校正才能得到所需的彩色圖像。一般的攝像機都提供內部進(jìn)行運動(dòng)校正處理的功能，但對于對比度非常高的圖像邊緣還是容易出現色彩失真的現象。 3CCD彩色攝像機，與面陣的3CCD攝像機原理相同，采用分光棱鏡將入射光線(xiàn)分別折射到三個(gè)CCD靶面上，分別進(jìn)行光電轉換得到R、G、B三色的數值。圖像質(zhì)量好，但需配備專(zhuān)用鏡頭。 |
