preface

  相机的选择不仅直接决定所采集到的图像的分辨率、图像质量等，同时也与整个系统的运行模式直接相关。

一、相机分类

二、线阵相机

1、线阵相机特点

（1）线性感光原件，每次采集图像输出为一条线，1K， 2K， 4K， 8K等。
（2）适合高分辨率，高速运动以及曲面检测
（3）主要应用行业：高性能文件扫描、工业检测、色选机、光学字符识别、光谱学、条码扫描。
（4）感光芯片分为CCD和CMOS
（5）可分为彩色和黑白线扫相机
（6）分为单线、双线、三线以及棱镜分光等模式
（7）接口：Cameralink、网口
 

2、两种线阵相机对比

CCD线阵相机与CMOS线阵相机对比：

3、线阵相机性能参数

（1）像尺寸（pixel size）：像尺寸越大，相机的MTF越高，成像质量越好；
芯片尺寸= 像尺寸 X 像数
（2）积分时间：相机采集一行需要的曝光时间，单位一般是us
（3）相机行频（f）：f=1/t，相机1秒钟采集的最多行数，单位为Hz，行频越高，速度越快。
（4）动态响应范围（dynamic range）：一般为12比特，14bit，16bit，表示能区分的图像灰度等级，灰度等级越大，动态响应范围越大。
（5）灵敏度：nA/Lux，对应对最暗的光亮值时相机的响应灵敏性。
（6）光谱响应：对色彩的还原
（7）信噪比：DB，表现为对噪声的抑制能力，越大越好，成像质量越高。

4、线阵相机工作参数

横向分辨率（Hr） = FOV / 芯片像素数
纵向分辨率（Vr） = 传输速度（Speed）/ 行频
相机工作距离（WD） = (1 + 1 / Hr) X （镜头焦距）f

三、面阵相机

1、特点

（1）面型感光件，每次采集图像输出为一帧图像，为横向和纵向像素的成绩，如1280X960，通常面阵大小500万，1200万等。
（2）适合面积、形状、尺寸、位置甚至温度的测量
（3）面阵相机的优点是可以直接获取二维图像信息，缺陷是像总数多，而每行的像数一般较线阵少，帧率受到限制。
（4）感光芯片分为CCD和CMOS两种，可分为彩色和黑白线扫相机
（5）CCD面阵结构分为：帧转移性、全帧转移性和行间转移性
（6）CMOS面阵结构主要分为：无源像素传感器（Passive Pixel Sensor，PPS）和有源像素传感器（Active Pixel Senso， APS）

2、面阵相机的工作特点

（1）曝光模式：全局快门（Global）、卷帘门
（2）扫描方式：逐行扫描、隔行扫描
（3）ROI：Multi-ROI
（4）分辨率：和焦距以及成像像素数有关
（5）多种数据输出接口形式：USB3.0,GigE,Mini Camera Link，Power over Camera link

3、面阵相机性能参数

4、面阵相机工作参数

（1）已知FOV H=80mm，V=100mm，传输速度speed=30m/min，针对JAIGO-2400M系列面阵相机计算横向（Hr）和纵向分辨率，以及最大积分时间（t）
计算公式：
Hr = FOV H / 横向像素数
Vr = FOV V / 纵向像素数
t < Vr / speed

5、相机数据接口

（1）RS-422：低压差分信号（2.4v），最高传输距离1200米
（2）LVDS：低压差分信号（350MV），最高400Mbps
（3）Channel Link：基于LVDS标准，并行数据串行化，最高1.8Gbps
（4）Camera link：基于Channel Link增加传输控制信号，并定义了接口传输标准，三种配置Base，Medium，Full，带宽高达5.4Gbps
（5）USB：通用串行总线，最长5米，目前USB3.0，带宽可达5Gbps。
（6）IEEE1394
（7）GigE：基于以太网通信协议，最远距离100米
（8）CoaXPress

四、相机选型步骤和规范

1、相机选型步骤

（1）FOV的确定，speed的确定，WD的确定
（2）确定线阵/面阵相机
（3）计算相机分辨率和芯片尺寸
（4）确定相机其他性能参数，综合数据接口/交期/维护等确定相机型号和供应商
（5）镜头参数计算和接口确定
（6）镜头其他性能参数确定（畸变率）等的确定
（7）综合价格、交期等因素，确定镜头型号和供应商

2、FOV的确定、speed的确定，WD的确定

  （1）确定工况环境的相机视野大小（mm）：涵盖待检品的最大尺寸规格
  （2）明确工况环境的待检物的输送/转动速度
  （3）明确（或测量得到）工况环境的相机可加装的物理空间高度

3、相机详细的选型过程

（1）确定应用需求

 检测目标：明确需要检测的物体特性，如尺寸、形状、表面特征等。
 环境条件：
 系统要求：

（2）选择相机类型

（3）计算所需镜头的参数

 视场（FOV）：根据被检测物体的大小和相机传感器的尺寸计算所需视场。
&esmp;&esmp;公式：FOV = 传感器尺寸/镜头焦距*工作距离
 分辨率：根据系统分辨率要求计算镜头的最小分辨率。
  公式：镜头分辨率（lp/mm）= 传感器分辨率（像素数/mm）/ 2
 工作距离（WD）：确定镜头到被检测物体的距离。
 景深（DOF）：根据检测需求计算所需的景深。

（4）选择镜头类型

固定焦距镜头：适用于视场固定且不需要频繁调整的应用。
变焦镜头：适用于需要调整视场的应用。
远心镜头：适用于需要消除透视误差的高精度测量应用。

（5）考虑接口和兼容性

（6）评估光学性能

光圈（F数）：选择合适的光圈大小以控制进光量和景深。
畸变：选择畸变小的镜头，特别是在需要精确测量的应用中。
透光率和镀膜：选择具有高透光率和多层镀膜的镜头，以提高图像质量。

（7）考虑环境适应性和机械稳定性

（8）成本效益分析

预算：在满足性能要求的前提下，考虑成本效益，选择性价比高的镜头。

（9）样品测试

实际测试：在可能的情况下，使用样品进行实际测试，验证镜头的性能是否满足需求。

CCD和CMOS

  智能相机一般由图像采集单、图像处理单、图像处理软件、网络通信装置等构成，各部分的功能如下：
（1）图像采集单，在智能相机中，图像采集单相当于普通一样上的CCD/CMOS相机和图像采集卡，它将光学图像转换为模拟/数字图像，并输出至图像处理单。
（2）图像处理单。图像处理单类似于图像采集/处理卡。它可对图像采集单的图像数据进行实时的存储，并在图像处理软件的支持下进行图像处理。
（3）图像处理软件。图像处理软件主要在图像处理单硬件环境的支持下，完成图像处理功能，如几何边缘的提取、Blob、灰度直方图、OCV.OCR、简单的定位和搜索等。在智能相机中，以上算法都封装成固定的模块，用户可直接应用而无需编程。
（4）网络通信装置，网络通信装置是智能相机的重要组成部分，主要完成控制信息、图像数据的通信任务。智能相机一般均内置以太网通信装置，并支持多种标准网络，从而使多态智能相机构成更大的机器视觉系统。