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感光芯片是數碼攝像頭重要組成部分,根據制作工藝不同可以分為CCD(電荷耦合器件)和CMOS(金屬氧化物半導體元件)。其中CCD常用於高端技術,CMOS應用於較低影響品質的產品中。 他們的主要區別如下:
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成像過程 由於CCD僅有一個(或少數幾個)輸出節點統一讀出,其信號輸出的一致性非常好;而CMOS芯片中,每個像素都有各自的信號放大器,各自進行電荷-電壓的轉換,其信號輸出的一致性較差。但是CCD為了讀出整幅圖像信號,要求輸出放大器的信號帶寬較寬,而在CMOS 芯片中,每個像元中的放大器的帶寬要求較低,大大降低了芯片的功耗,這就是CMOS芯片功耗比CCD要低的主要原因。盡管降低了功耗,但是數以百萬的放大器的不一致性卻帶來了更高的固定噪聲,這又是CMOS相對CCD的固有劣勢。
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集成性 CCD的制造工藝復雜,輸出的只是模擬電信號,還需要后續的譯碼器,模擬轉換器,圖像信號處理器等,集成度低。COMS可以把信號放大器,模數轉換器等集成在一塊芯片上,集成度高,成本低。隨着CMOS成像技術的進步,CMOS未來會有越來越多的應用場景。 成像過程由於CCD僅有一個(或少數幾個)輸出節點統一讀出,其信號輸出的一致性非常好;而CMOS芯片中,每個像素都有各自的信號放大器,各自進行電荷-電壓的轉換,其信號輸出的一致性較差。但是CCD為了讀出整幅圖像信號,要求輸出放大器的信號帶寬較寬,而在CMOS 芯片中,每個像元中的放大器的帶寬要求較低,大大降低了芯片的功耗,這就是CMOS芯片功耗比CCD要低的主要原因。盡管降低了功耗,但是數以百萬的放大器的不一致性卻帶來了更高的固定噪聲,這又是CMOS相對CCD的固有劣勢。
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輸出速度 CCD采用逐個光敏輸出,只能按照規定的程序輸出,速度較慢。CMOS有多個電荷-電壓轉換器和行列開關控制,讀出速度快很多,大部分500fps以上的高速相機都是CMOS相機。此外CMOS 的地址選通開關可以隨機采樣,實現子窗口輸出,在僅輸出子窗口圖像時可以獲得更高的速度。
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噪聲 CCD技術發展較早,比較成熟,采用PN結或二氧化硅(SiO2)隔離層隔離噪聲,成像質量相對CMOS光電傳感器有一定優勢。
線陣相機與面陣相機
面陣相機 面陣相機是一款以面為單位來進行圖像采集的成像工具,可以一次性獲取完整的目標圖像,具有測量圖像直觀的優勢,在目標物體的形狀、尺寸,甚至溫度等方面的測量應用上發揮着至關重要的成像作用。 面陣相機可以在短時間內曝光,拍動態的物體能夠早短時間內成像,拍攝出來的效果感覺就是靜態的。所以比較使用運用在一些物體高速運轉的行業中。
參考資料: 線陣相機與面陣相機有哪些區別 面陣相機與線陣相機的區別
輸出接口
工業相機分為模擬相機、數字相機。其中數字相機又分為:USB2.0、USB3.0、GIGE千兆網、1394、CoaxPress、Camera Link等多種類型的接口。而各種接口都有其利弊。
http://www.yvsion.com/chanpinzhishi/176.html
http://www.yvsion.com/chanpinzhishi/176.html
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USB接口 USB接口直接輸出數字圖像信號,串行通信,支持熱拔插,傳輸速度在120Mbps-480Mbps之間,會占用CPU資源。傳輸距離較短,穩定性稍差。 目前廣泛采用的USB2.0接口,是最早應用的數字接口之一,具有開發周期短,成本低廉的特點。其缺點是傳輸數據較慢,傳輸數據過程需要CPU參與管理,占用資源,且由於接口沒有螺絲固定,鏈接容易松動,最新的USB3.0接口使用了新的USB協議,可以更快的傳輸數據,但目前USB3.0的相機市場上不是很多。
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GIGE千兆網 千兆網接口的工業相機,應用中還是非常多的。一般來講,連接到千兆網卡上,即能正常工作。但是需要注意一些特殊的細節,如早期的NI的軟件,可能對千兆網卡的芯片有要求,需要使用INTEL的芯片才可以正常驅動GIGE相機,而使用如Realtek的芯片網卡,就無法響應。另外在千兆網卡的屬性中,也有與1394中的Packet Size類似的巨幀。設置好此參數,可以達到更理想的效果。
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Camera Link Camera Link接口的相機,實際應用中比較少。不過其傳輸速度是目前的工業相機中最快的一種總線類型。 需要單獨的Camera Link采集卡,成本較高,便攜性低 ,一般用於高分辨率高速面陣相機,或者是線陣相機上 。
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CoaXPress 是一種非對稱的高速點對點串行通信數字接口標准。該標准容許設備(如:數字相機)通過單根同軸電纜連接到主機(如:個人電腦中的數據采集設備),以高達6.25G比特/秒的速度傳輸數據。4根線纜可達25 Gbit/s。傳輸距離更長可超過100 米 (不使用集線器和中繼器),可選的傳輸距離和傳輸量:從 50 m @ 6.25 Gbit/s 到 170 m @ 1.25 Gbit/s,可實現低延遲實時數據傳輸。
參考資料: 工業相機數據接口介紹_英視科技 工業相機接口標准詳解
鏡頭
單開一章。
視場角計算
視場角大小和CCD傳感器尺寸和鏡頭焦距有關:
水平視場角 = 2 × arctan(w / 2f);
垂直視場角 = 2 × arctan(h / 2f);
視場角 = 2 × arctan(d / 2f);
w為CCD的寬,h為CCD的高,d為CCD對角線長。
參考資料