相機的分類
相機是機器視覺系統的核心部件，廣泛應用於各個領域，尤其是用於生產監控、測量任務和質量控制等。工業數字相機通常比常規的標准數字相機更加堅固耐用。這是因為它們必須能夠應對各種復雜多變的外部影響，如應用於高溫、高濕、粉塵等惡劣環境。工業相機的分類形式有很多，下圖是常見的一些分類方式。下文將詳細介紹幾種常用類型的工業相機。
2、按成像方式分類：面陣相機和線陣相機
剛接觸機器視覺的時候，我想當然的以為面陣相機就是把相機組合排列成面陣，線陣相機就是組合排列成一排，鬧了笑話。
面陣相機與線陣相機的區別在於前者是以面為單位進行圖像采集，可以直接獲得完整的二維圖像信息，后者的以“線”為單位，雖然也是二維圖形，但長度較長，而寬度卻只有幾個像素。這是因為線陣相機的傳感器只有一行感光元素。雖然面陣相機的像元總數較多，但分布到每一行的像素單元卻少於線陣相機，因此面陣相機的分辨率和掃描頻率一般低於線陣相機。
由於線陣相機的感光元素呈現“線”狀，采集到的圖像信息也是線狀，為了采集完整的圖像信息，往往需要配合掃描運動。如采集勻速直線運動金屬、纖維等材料的圖像。線陣圖像傳感器以CCD為主，市場上曾經也出現過一些線陣CMOS圖像傳感器，但是，線陣CCD仍是主流。目前，陷陣CCD加掃描運動獲取圖像的方案應用廣泛，尤其在要求視場范圍大、圖像分辨率高的情況下。面陣相機可以用於面積、形狀、位置測量或表面質量檢測等，直接獲取二維圖形能一定程度上減少圖像處理算法的復雜度。在實際的工程應用當中，需要根據工程需求選擇。
3、按輸出色彩分類：黑白相機和彩色相機
此部分涉及一些圖像處理的理論知識，如果對其感興趣，可以關注公眾號：一刻AI，回復：彩色相機，獲取相關論文及資料。
黑白相機和彩色相機很容易理解，輸出圖像是黑白的就是黑白相機，彩色的就是彩色相機。有人說這不是廢話么，確實是廢話，不過從原理上來看還是比較有意思的。
先來看簡單的黑白相機，當光線照射到感光芯片時，光子信號會轉換成電子信號。由於光子的數目與電子的數目成比例，主要統計出電子數目就能形成反應光線強弱的黑白圖像。經過相機內部的微處理器處理，輸出就是一幅數字圖像。在黑白相機中，光的顏色信息是沒有被保留的。
實際上CCD是無法區分顏色的，只能感受到信號的強弱。在這種情況下為了采集彩色圖像，理論上可以使用分光棱鏡將光線分成光學三原色（RGB），接着使用三個CCD去分別感知強弱，最好在綜合到一起。這種方案理論上可行，但是采用3個CCD加分光棱鏡使得成本驟增。最好的辦法是僅使用一個CCD也能輸出各種彩色分量。
伊士曼·柯達公司科學家Bryce Bayer發明了拜耳列陣，使得僅使用一個CCD也能輸出各種彩色分量。Bayer彩色相機的原理為：如下圖所示，一行使用藍綠元素，下一行使用紅綠元素，如此交替。每個像素僅包括了光譜的一部分（R or G or B），必須通過色彩空間插值來還原每個像素的RGB值（文獻【1】）。
插值算法有很多，這里介紹：臨近插值算法。我們采用3X3的滑窗在上圖中滑動取樣，可以取到下圖中的四種分布。
在（a）與（b）中，R和B分別取鄰域的平均值；在（c）與（d）中，取領域的4個B或R的均值作為中間像素的值。
但是人眼對綠光的反應比較敏感，對紫光和紅光反應較弱。為了更好的還原畫質，依據鄰近值對進行自適應插值。
在情況（a）中，中間值R由以下公式決定，即G的值將插值到R上。
圖中，如果R1和R3之間的差小於R2和R4之間的差，則表明在垂直方向上相關性較強，我們使用垂直鄰近值G1和G3的平均值。水平方向也同理。
在情況（b）中，中間值B由以下公式決定，即G的值將插值到B上。
從彩色相機的成像原理可以看出，色彩值主要通過插值的形式來表述。而在實際應用中，即使最成熟的色彩插值算法也會在圖片中產生低通效應。文獻【2】對比了彩色相機與黑白相機在相同環境下的成像質量，如下圖所示。顯然，彩色圖像的細節處會出現偽彩色，導致精度降低。 在工業應用中如果我們要處理的是與圖像顏色有關，那么我們需要采用彩色相機；如果不是，那么最好選用黑白相機，因為在同樣分辨率下，黑白相機的精度高於彩色相機。
3、按圖像傳感器分類：CCD和CMOS
圖像傳感器是工業相機的核心元件，主要有CCD和CMOS兩種。
CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)是互補金屬氧化物半導體，CMOS 圖像傳感器陣面中的每一個像元都是由三個部分組合而成，分別是感光二極管、放大器和讀出電路，然而由於每個單元獨立輸出，這也使得每個放大器的輸出結果都不盡相同，所以 CMOS 陣列所獲取的圖像噪聲較大，圖像的質量也相對降低，但是，對於一般的精度要求，還是可以滿足的。在集成電路領域中，CMOS采用的工藝是最基本的工藝，工藝相對來說不復雜，所以成本也不高，光電靈敏度較高等優點。它的一些性能參數也在不斷被優化，應用也越來越廣，總體來說，CMOS 的性價比還是較高的。
CCD （Charge-coupled Device）的全名是電荷耦合器件。CCD是一種半導體器件，能夠把光學影像轉化為數字信號，CCD上植入的微小光敏物質稱作像素(Pixel)，一塊CCD上包含的像素數越多，其提供的畫面分辨率也就越高。CCD提供很好的圖像質量、抗噪能力和相機設計時的靈活性。盡管由於增加了外部電路使得系統的尺寸變大，復雜性提高，但在電路設計時可更加靈活，可以盡可能的提升CCD相機的某些特別關注的性能。CCD更適合於對相機性能要求非常高而對成本控制不太嚴格的應用領域，如天文，高清晰度的醫療X光影像、和其他需要長時間曝光，對圖像噪聲要求嚴格的科學應用。
目前，CCD在性能方面還仍然優於CMOS。不過，隨着CMOS圖像傳感器技術的不斷進步，在其本身具備的集成性、低功耗、低成本的優勢基礎上，噪聲與敏感度方面有了很大的提升，與CCD傳感器差距不斷縮小。
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