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根據(jù)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稱為電荷耦合器件，CCD實際上只是一個把從圖像半導(dǎo)體中出來的電子有組織地儲存起來的方法。 ２．CMOS攝像機，CMOS稱為“互補金屬氧化物半導(dǎo)體”，CMOS實際上只是將晶體管放在硅塊上的技術(shù)，沒有更多的含義。 盡管CCD表示“電荷耦合器件”而CMOS表示“互補金屬氧化物半導(dǎo)體”，但是不論CCD或者CMOS對于圖像感應(yīng)都沒有用，真正感應(yīng)的傳感器稱做“圖像半導(dǎo)體”，CCD和CMOS傳感器實際使用的都是同一種傳感器“圖像半導(dǎo)體”，圖像半導(dǎo)體是一個PN結(jié)合半導(dǎo)體，能夠轉(zhuǎn)換光線的光子爆炸結(jié)合處成為成比例數(shù)量的電子。電子的數(shù)量被計算信號的電壓，光線進入圖像半導(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。 因為人眼能看到1Lux照度（滿月的夜晚）以下的目標(biāo)，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(zhuǎn)換器、存儲器、數(shù)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(jié)構(gòu)簡單、處理功能多、速度快、耗電低、成本低等特點。CMOS攝像機存在成像質(zhì)量差、像敏單元尺寸小、填充率低等問題，1989年后出現(xiàn)了“有源像敏單元”結(jié)構(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，擴大了動態(tài)范圍，使得一些參數(shù)與CCD攝像機相近，而在功能、功耗、尺寸和價格方面要優(yōu)于CCD，逐步得到廣泛的應(yīng)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(yīng)用。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)生的電子轉(zhuǎn)變成電壓信號，因此就非常快，這個優(yōu)點使得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(biāo)準(zhǔn)的模擬量視頻信號，需要配專用的圖像采集卡才能轉(zhuǎn)化為計算機可以處理的數(shù)字信息。模擬攝像機一般用于電視攝像和監(jiān)控領(lǐng)域，具有通用性好、成本低的特點，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)量下降，所以只能用于對圖像質(zhì)量要求不高的機器視覺系統(tǒng)。常用的攝像機輸出信號格式有： PAL（黑白為CCIR），中國電視標(biāo)準(zhǔn)，625行，50場 NTSC（黑白為EIA），日本電視標(biāo)準(zhǔn)，525行，60場 SECAM S-VIDEO 分量傳輸 數(shù)字攝像機 數(shù)字攝像機是在內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換電路，可以直接將模擬量的圖像信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，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)準(zhǔn)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(shù)字信號傳輸協(xié)議，可以做成各種分辨率的形式，出現(xiàn)了目前數(shù)字攝像機百花齊放的形勢。常見的數(shù)字攝像機圖像輸出標(biāo)準(zhǔn)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的形式，其像元是按行列整齊排列的，每個像元對應(yīng)圖像上的一個像素點，我們一般所說的分辨率就是指像元的個數(shù)。需要指出的是我們計算機中的彩色圖像一般是每個像素點由R、G、B三個值來表示，但我們一般的彩色攝像機卻并不是這樣的，下面分別進行介紹： 黑白攝像機，每個像素點對應(yīng)一個像元，該像元對于各種波長的光具有較一致的敏感度，采集得到的只是每個像素點的灰度值。 采用BAYER轉(zhuǎn)化的單片彩色攝像機，這種攝像機的每個像素點實際只對應(yīng)R、G、B三種之一的像元，R、G、B三種像元按一定的規(guī)律排列，我們實際所得到的每個像素點的R、G、B三原色的數(shù)值是根據(jù)該像素點及其周圍若干點的三色數(shù)值進行BAYER插分計算而來的，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(yīng)邊緣位置會有較明顯的色彩失真和細節(jié)的丟失。目前我們常見的彩色攝像機一般是這種形式的，其價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，這種攝像機每個像素點對應(yīng)有R、G、B三個感光元件，采用分光棱鏡將入射光線分別折射到三個CCD靶面上，分別進行光電轉(zhuǎn)換得到R、G、B三色的數(shù)值（見下圖）。這種攝像機得到的圖像質(zhì)量好，沒有細節(jié)丟失的問題，但由于攝像機結(jié)構(gòu)復(fù)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，光線到達每個CCD靶面的光程是不一樣的，所以需要鏡頭做針對性的設(shè)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用的鏡頭。 3CCD彩色攝像機原理圖 線陣攝像機 線陣攝像機是一種比較特殊的形式，其像元是一維線狀排列的，即只有一行像元，每次只能采集一行的圖像數(shù)據(jù)，只有當(dāng)攝像機與被攝物體在縱向相對運動時才能得到我們平常看到的二維圖像。所以在機器視覺系統(tǒng)中一般用于被測物連續(xù)運動的場合，尤其適合于運動速度較快、分辨率要求較高的情況。 黑白攝像機，也是最常用的線陣攝像機，每個像素點對應(yīng)一個像元，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、蘭三種波長的光敏感，所以每個像素點都會對應(yīng)R、G、B三個通道的數(shù)值，形成彩色的圖像數(shù)據(jù)。需要注意的是，由于R、G、B三行像元在同一時刻所采集的并非同一位置的信息（見圖），在實際應(yīng)用中需要進行運動校正才能得到所需的彩色圖像。一般的攝像機都提供內(nèi)部進行運動校正處理的功能，但對于對比度非常高的圖像邊緣還是容易出現(xiàn)色彩失真的現(xiàn)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分別折射到三個CCD靶面上，分別進行光電轉(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。 |
