工業相機是機器視覺系統中的一個關鍵組件，其本質的功能就是將光信號轉變成小型高清工業相機為有序的電信號。選擇合適的相機也是機器視覺系統設計中的重要環節，相機不僅直接決定所采集到的圖像分辨率、圖像質量等，同時也與整個系統的運行模式直接相關。

　　工業相機又俗稱攝像機，相對傳統的民用相機(攝像機)而言，它具有更高的圖像穩定性、高傳輸能力和高抗*力等優勢。目前市面上工業相機大多是基于CCD(Charge Coupled Device)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)芯片的相機。

　　CCD是目前機器視覺較為常用的圖像傳感器。它集光電轉換及電荷存貯、電荷轉移、信號讀取于一體，是典型的固體成像器件。CCD的突出特點是以電荷作為信號，而不同于其它器件是以電流或者電壓為信號。這類成像器件通過光電轉換形成電荷包，而后在驅動脈沖的作用下轉移、放大輸出圖像信號。

　　典型的CCD相機由光學鏡頭、時序及同步信號發生器、垂直驅動器、模擬/數字信號處理電路組成。CCD作為一種功能器件，與真空管相比，具有無灼傷、無滯后、低電壓工作、低功耗等優點。

　　CCD工業相機僅是機器視覺系統的一個代表。在整個機器視覺系統中，光源、鏡頭、相機，相互制約，但其中的關鍵點是攝像機。伴隨相機支持技術的快速發展，特別是CCD與CMOS，他們對于高分辨率工業相機技術的發展產生的現實意義非同尋常。而CCD 和 CMOS 是除了生產工程以外，特征上也有很多區別。一般認為CMOS的圖像效果低于CCD, 不過近隨CMOS的生產量的增加，CMOS的品質也迅速得到改善。

　　CCD是60年代末期由貝爾試驗室發明。開始作為一種新型的PC存儲電路，很快CCD具有許多其他潛在的應用，包括信號和圖像(硅的光敏性)處理。CCD和CMOS是現在普遍采用的兩種圖像工藝技術，它們之間的主要差異在于傳送方式的不同。

　　雖然CCD在影像品質、分辨率大小、靈敏度等方面優于CMOS，而CMOS具有低成本、低功耗以及高整合度的特點。隨著CCD與CMOS技術的不斷進步，兩者之間的差異將逐步減小，目前CCD一直致力于功耗上的改進，而CMOS也在投入大量的研發改善分辨率與靈敏度方面的不足。可以預見在CCD與CMOS不斷改進后的未來，我們將走進一個更加繽紛多彩的數碼影像世界。

　　目前高分辨率相機適合應用的領域越來越廣，除了數字影像、智能交通、布料檢測設備等2次元的檢測設備之外，機器視覺(工廠自動化的部分領域)、醫療、教育設施等領域也都已有了廣泛應用。用戶應該從具體應用出發，根據使用的目的來選擇合適的高分辨率相機，如需要高分辨率、照明良好，一般的可以用 CMOS;如需要高分別率和高速的話，要選高S/N的 CCD 攝像機。

　　嫦娥二號探月衛星升空的升空，使人們認對CCD工業相機有了進一步的的了解。由于要攝取月球表面數據需要高清質量的圖像，相機是綁在嫦娥二號衛星上與衛星同步運行的，加上月球本身就在轉動，這就要求相機的拍攝速度要非常快，抓怕到的圖像質量非常高，所以終采用了工業相機進行圖像采集與記錄。

　　工業相機與普通相機的區別在于：

　　1、工業相機的快門時間非常短，可以抓拍快速運動的物體。

　　舉個例子，把一張名片貼在電風扇扇葉上，以大速度旋轉，用工業相機抓拍一張圖像，能清晰的辨別名片上的字體。然而用一般的相機來拍攝，是根本不可能達到這樣效果的。

　　2、工業相機的圖像傳感器是逐行掃描的，而一般攝像機的圖像傳感器是隔行掃描的，甚至是隔三行掃描的。

　　逐行掃描的圖像傳感器生產比較困難，成品率低，出貨量也少，世界上只有少數幾個公司能夠提供這類產品，例如Dalsa、Sony，而且價格昂貴。*逐行掃描CCD的價格，從人民幣4000元到3萬元不等，其中的技術參數也頗為繁多。只有采用逐行掃描的圖像傳感器，才有可能清晰抓拍快速運功物體。

　　3、工業相機的拍攝速度遠遠高于一般相機。

　　工業相機每秒可以拍攝十幅到幾百幅的圖片，而一般相機只能拍攝2-3幅圖像，相差甚遠。

　　4、工業相機輸出的是裸數據，其光譜范圍也往往比較寬，比較適合進行高質量的圖像處理算法，普遍應用于機器視覺系統中。而一般相機(DSC)拍攝的圖片，其光譜范圍只適合人眼視覺，并且經過了MPEG壓縮，圖像質量也較差。

　　下面介紹一下工業相機相關性能及技術參數：

　　一、工業相機的類型：

　　1、線陣CCD工業相機

　　用一排像素掃描過圖片，做三次曝光——分別對應于紅、綠、藍三色濾鏡，正如名稱所表示的，線性傳感器是捕捉一維圖像，初期應用于廣告界拍攝靜態圖像，線性陣列。處理高分辨率的圖像時，受局限于非移動的連續光照的物體。線陣CCD相機具有靈敏度高，動態范圍大，性價比高等特點。由于其結構簡單，成本較低，并且可以同時儲存一行電視信號，加上它可以做很多單排感光單元，在同等測量精度的前提下，線陣CCD相機的測量范圍可以做的較大，并且由于線陣CCD實時傳輸光電變換信號和自掃描速度快、頻率響應高，可以實現動態測量，并能在低照明度下工作，所以線陣CCD廣泛地應用在產品尺寸測量和分類、非接觸尺寸測量、條形碼等許多領域。

　　2、面陣CCD工業相機

　　允許拍攝者在任何快門速度下一次曝光拍攝移動物體。面掃描CCD電荷包的轉移情況與線陣CCD的器件類似，只是它的形式較多，結構簡單，則攝象質量不好，反之攝象質量好的，驅動電路就會變得復雜。再加上生產技術的制約，單個面陣CCD的面積很難達到一般工業測量對視場的需求。

　　由于市場上研發出了一種線陣CCD 亞像元的拼接技術，該技術可提高CCD的分辨率，緩解了由于受工藝和材料影響而很難減小CCD像元尺寸的難題，在理論上可獲得比面陣CCD相機更高的分辨率和精度。所以線陣CCD被廣泛應用。

　　3、三線傳感器CCD工業相機

　　在三線傳感器中，三排并行的像素分別覆蓋 RGB濾鏡，當捕捉彩色圖片時，完整的彩色圖片由多排的像素來組合成。三線CCD傳感器多用于數碼相機，以產生高的分辨率和光譜色階。

　　4、交織傳輸CCD工業相機

　　這種傳感器利用單獨的陣列攝取圖像和電量轉化，允許在拍攝下一圖像時再讀取當前圖像。交織傳輸CCD通常用于低端數碼相機、攝像機和拍攝動畫的廣播拍攝機。

　　5、全幅面CCD工業相機

　　此種CCD 具有更多電量處理能力，更好動態范圍，低噪音和傳輸光學分辨率，允許即時拍攝全彩圖片。由并行浮點寄存器、串行浮點寄存器和信號輸出放大器組成。曝光是由機械快門或閘門控制去保存圖像，并行寄存器用于測光和讀取測光值，圖像投攝到作投影幕的并行陣列上，此元件接收圖像信息并把它分成離散的由數目決定量化的元素，這些信息流就會由并行寄存器流向串行寄存器。此過程反復執行，直到所有的信息傳輸完畢，接著，系統進行精確的圖像重組。

　　二、工業相機參數簡介

　　1. 分辨率(Resolution):相機每次采集圖像的像素點數(Pixels)。對于數字工業相機機一般是直接與光電傳感器的像元數對應的，對于模擬相機機則是取決于視頻制式，PAL制為768*576，NTSC制為640*480。

　　2. 像素深度(Pixel Depth):即每像素數據的位數，一般常用的是8Bit，對于數字工業相機機一般還會有10Bit、12Bit等。

　　3. 大幀率(Frame Rate)/行頻(Line Rate):即相機采集傳輸圖像的速率，對于面陣相機機一般為每秒采集的幀數(Frames/Sec.)，對于線陣相機機為每秒采集的行數(Hz)。

　　4. 曝光方式(Exposure)和快門速度(Shutter):對于線陣相機都是逐行曝光的方式，可以選擇固定行頻和外觸發同步的采集方式，曝光時間可以與行周期*，也可以設定一個固定的時間;面陣工業相機有幀曝光、場曝光和滾動行曝光等幾種常見方式。數字工業相機機一般都提供外觸發采圖的功能，快門速度一般可到10微秒，高速工業相機還可以更快。

　　5. 像元尺寸(Pixel Size):像元大小和像元數(分辨率)共同決定了相機機靶面的大小。目前數字工業相機像元尺寸一般為3μm-10μm，一般像元尺寸越小，制造難度越大，圖像質量也越不容易提高。

　　6. 光譜響應特性(Spectral Range):指該像元傳感器對不同光波的敏感特性，一般響應范圍是350nm-1000nm,一些相機在靶面前加了一個濾鏡，濾除紅外光線，如果系統需要對紅外感光時可去掉該濾鏡。

　　目前CCD工業相機在各領域的典型應用眾多，例如：產品表面殘缺檢測系統，它由多只線掃描CCD相機，按生產線的速度同步進行圖像攝取，將攝取到的圖像轉化為數字信號傳送給圖像處理系統;圖像處理系統再根據所得信息與表面無殘缺的產品模板進行匹配，進而根據匹配結果來識別圖像的內容或控制現場的設備動作，匹配成功則通過檢測，匹配不成功則發出信號再進行相應操作。

　　在機器視覺系統中，除了攝像機以外，鏡頭、光源等其他硬件的組合也是非常關鍵的因素。 從市場狀況來看，目前對于100萬到200萬像素的入門級高分辨率相機競爭比較激烈，性價比都還不錯，在領域里應用的利潤比較豐厚。近幾年來高分辨率工業相機使用范圍越來越廣，在視頻會議、紡織印染、高精度電子制造、生物醫學等領域都有涉足。而在國外精密化工、生物醫學、電子科學上，更有廣泛應用，這些領域都屬于朝陽產業，技術更新換代快。在將中國制造轉換為中國創造的大潮中，高精尖技術在國內的發展必然會是爆發式的，高分辨率CCD工業相機的用武之地也必將更加廣闊。