机器视觉相机详解

简述

工业相机相比于传统的民用相机而言，具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力等优点。目前市面上工业相机大多是基于CCD或CMOS芯片的相机。

相机种类

CCD相机和CMOS相机是基于相机的芯片类型不同所做的区分。

CCD相机，Charge Coupled Device，电荷耦合装置，其芯片基于光电效应直接以电荷量输出，光照强的像素点则所积累的电荷数越多，因此其芯片是输出的模拟信号。

CMOS相机，Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化半导体，其对每个像素点光电效应所产生的电荷都有一个放大器，因此芯片可以直接输出为数字信号。

从下图可以看出，CMOS和CCD最大的区别在于，CMOS的电荷到电压转换过程是在每个像素上完成的。

两者更为详细的结构区别大家可以自行百度，因为其芯片结构特性导致两者性能有略微的差异。CCD相机发展历史长远，成像效果更好，但随着CMOS技术的高速发展，两者在使用上已经不具备明显差异。而且CMOS直接输出数字信号的特点决定了CMOS相机才是未来的主流方向。

相机按照输出的颜色又可分为单色（黑白）相机和彩色相机。

按照相机输出信号方式的不同可分为模拟相机和数字相机。

CCD相机并不一定是模拟相机，CCD芯片直接输出的为模拟信号，但可能内置有AD转换装置，使其输出为数字信号。判断是否为数字相机仅依据其相机输出信号的类型。

相机接口

从下图中我们可以看出，相机上一共有三个接口，包括位于前方的光学接口（连接镜头）和后方的电源接口以及信号接口。

光学接口是指相机与镜头之间的接口，常用的镜头的镜头有C口，CS口，F口，V口，前两种都是螺纹口，后两种为卡口。

相机的输出信号接口分为模拟信号接口和数字信号接口。模拟相机输出模拟信号，接口有PAL、NTSC等等，模拟相机需要接图像采集卡才可用于机器视觉。随着技术的发展，数字相机已经成为主流。

数字相机输出数字信号，接口有USB 2.0/3.0、CamerLink、Gige、1394a/1394b、CoaXPress等等。同等像素条件下，各种接口的总线其相机帧率是不一样的，一般来说

Camera Link>USB3>GIGE>1394B>USB2,1394A

现在最快的是Camera Link总线。

USB接口：

支持热拔热插、使用便捷、标准统一、可连接多个设备、相机可通过USB线缆供电。但没有标准的协议、主从结构，CPU占用率高、带宽没有保证。usb3.0的接口一般都是可以自供电。但是也可以再接一个电源，假如usb接口供电不稳定的话，那么就可以选择外接电源来进行供电。

Gige千兆以太网接口：

是一种基于千兆以太网通信协议开发的相机接口标准；适用于工业成像应用，通过网络传输无压缩视频信号；拓展性好，传输数据长度最长可伸展至100m(转播设备上可无限延长)；带宽达1Gbit，因此大量的数据可即时得到传输；可使用标准的NIC卡(或PC上已默认安装)；经济性好，可使用廉价电缆(可使用通用的Ethernet电缆(CAT-6)和标准的连接器；可以很容易集成，且集成费用低；可管理维护性及广泛应用性。

Camerlink接口：

是一种串行通讯协议。采用LVDS接口标准，具有速度快、抗干扰能力强、功耗低。从Channel link技术上发展而来的，在Channel link技术基础上增加了一些传输控制信号，并定义了一些相关传输标准。协议采用MDR-26针连接器。高速率，带宽可达6400Mbps、抗干扰能力强、功耗低。

Gige接口简单方便的进行多相机设置，支持100米线材输出。Camera Link接口是专门针对高速图像数据需求的标准接口。USB 3.0接口具有简单易用，实时性好的特点。目前在机器视觉中，应用最广泛的接口是Gige(以太网)接口，以太网接口在传输速度、距离、成本等方面较其他接口具有很大的优势。

相机厂商

部分常见的相机厂商，有海康威视，大华，美国康耐视Cognex，德国巴斯勒Balser等等。

参考

• 机器视觉-工业相机篇
• 工业相机选型/工业相机与镜头选型技巧（实操应用）
• 机器视觉硬件之工业相机（一）
• CCD、COMS，数字摄像头、模拟摄像头、TVL、PAL、AV、CVBS等的联系和区别
• 机器视觉工业缺陷检测的那些事（二、相机）
• 工业相机选型必须知道的11个问题

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今天就到这儿啦。