（一）视觉——工业相机（以海康威视为例）

news2025/6/3 23:37:34

一、工业相机介绍

工业相机是机器视觉系统中的一个关键组件，其最本质的功能就是将光信号转变成有序的电信号。选择合适的相机也是机器视觉系统设计中的重要环节，相机的选择不仅直接决定所采集到的图像分辨率、图像质量等，同时也与整个系统的运行模式直接相关。

二、工业相机分类

按图像传感器区分

图像传感器（Image Sensor），是一种将光学图像转换成电子信号的设备，是组成数字摄像头的重要组成部分，可分为CCD（电荷耦合元件）和CMOS（互补金属氧化物半导体元件）两大类。

Sensor是一个由N行及M列感光单元（Pixel）组成的矩阵，Sensor基本工作原理：当光子撞击到硅原子上时，会产生自由电子，再将这些自由电子收集在一起形成信号。

CCD 相机：使用 CCD 感光芯片为图像传感器的相机,集光电转换及电荷存贮、电荷转移、信号读取于一体，是典型的固体成像器件。

CMOS 相机：使用 CMOS 感光芯片为图像传感器的相机,将光敏元阵列、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换电路、图像信号处理器及控制器集成在一块芯片上，还具有局部像素的编程随机访问的优点。

按照图像传感器区分

单色相机：输出图像为单色图像的相机。

彩色相机：输出图像为彩色图像的相机。

按输出信号区分

模拟信号相机：从传感器中传出的信号，被转换成模拟电压信号，即普通视频信号后再传到图像采集卡中。

数字信号相机：信号自传感器中的像素输出后，在相机内部直接数字化并输出。数字相机又包含 1394 相机、USB 相机、Gige 相机、CameraLink相机等。

按照传感器类型区分

面扫描相机：传感器上像素呈面状分布的相机，其所成图像为二维“面”图像。

线扫描相机：传感器上呈线状（一行或三行）分布的相机，其所成图像为一维“线”图像。

三、主要参数

相机的参数主要有传感器类型、快门方式、像元尺寸、靶面尺寸、分辨率、最大帧率、接口类型。

型号说明

图像传感器（Image Sensor）

图像传感器是一种将光学图像转换成电子信号的设备，是组成数字摄像头的重要组成部分，可分为CCD（电荷耦合元件）和 CMOS（互补金属氧化物半导体元件）两大类。Sensor 是一个由N行及M列感光单元（Pixel）组成的矩阵，Sensor基本工作原理：当光子撞击到硅原子上时，会产生自由电子，再将这些自由电子收集在一起形成信号。

快门方式

卷帘快门（Rolling Shutter）是Sensor通过逐行曝光的方式实现图像采集，在曝光开始的时候，Sensor逐行扫描逐行进行曝光，直至所有像素点都被曝光，不适合运动物体的拍摄。CMOS支持Rolling Shutter ，CCD不支持。卷帘快门的相机在拍摄运动中的物体，图像会由于传感器不同行曝光时间不一样而产生图像失真，拖影。如下图Rolling Shutter。

全局快门（Global Shutter）是让整幅图片在同一时间曝光，Sensor所有像素点同时收集光线，同时曝光，最终将曝光图像转成电子图像。所有像素在同一时刻曝光，类似于将运动物体冻结了，适合拍摄快速运动的物体。CCD和CMOS都支持 Global Shutter；全局曝光的相机由于在曝光时整个图像芯片一起曝光，因此当物体运动时，可以由全局曝光相机对其进行动态拍摄。如下图Total Shutter。

像元尺寸

像元尺寸即一个像元的大小。像元大小和像元数（分辨率）共同决定了相机靶面的大小。

像元是反映影像特征的重要标志。是同时具有空间特征和波谱特征的数据元。几何意义是其数据值确定所代表的地面面积。物理意义是其波谱变量代表该像元内在某一特定波段中波谱响应的强度。即同一像元内的地物，只有一个共同灰度值。像元大小决定了数字影像的影像分辨率和信息量。像元小，影像分辨率高，信息量大；反之，影像分辨率低，信息量小。