摘要：隨著視覺檢測的應用越來越廣泛，市場對其性能的要求也越來越高。工業(yè)相機作為視覺檢測系統(tǒng)中的核心組件，直接影響其性能的發(fā)揮。但工業(yè)相機種類多樣，應用場景各不相同，難以區(qū)分辨別。本文通過對工業(yè)相機各個主要類型的分析，有助于選擇合適的工業(yè)相機。

　　視覺檢測作為提高自動化生產(chǎn)效率的重要措施之一，目前廣泛應用于半導體、汽車、印刷包裝、市政交通等眾多行業(yè)。工業(yè)相機可以將光信號轉化成有序的電信號，是視覺檢測系統(tǒng)中的關鍵組件。

　　工業(yè)相機相比于傳統(tǒng)的民用相機而言，具有更高的傳輸能力、圖像穩(wěn)定性以及抗干擾能力等。其采用逐行掃描的圖像傳感器，快門時間短，可以抓拍快速運動的物體。拍攝速度非常快，每秒可以拍攝十幅到幾百幅的圖片。此外，工業(yè)相機輸出的是裸數(shù)據(jù)，適合進行高質(zhì)量的圖像處理算法，普遍應用于機器視覺系統(tǒng)中。此外，相機的選擇不僅直接關系到所采集圖像的分辨率及質(zhì)量等，而且還影響到整個系統(tǒng)的運行模式，因此選擇合適的相機成為搭建視覺檢測系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)。

　　工業(yè)相機按照分類的不同，又分為很多種。按照數(shù)據(jù)接口類型，分為GigE接口相機、Firewire接口相機、USB接口相機等;按照芯片類型，又為CCD相機和CMOS相機;按照輸出模式類型，還分為模擬相機和數(shù)字相機。此外，工業(yè)相機還有其它不同的分類方法。本文主要對相機的上述三種分類進行對比分析。

　　工業(yè)相機芯片類型對比分析

　　CMOS是指互補金屬氧化物半導體，CCD是指電荷耦合器件，兩者都是利用感光二極管進行光電轉換，主要在把光轉換為電信號的方法上存在區(qū)別。因為數(shù)據(jù)傳輸方式不同，所以CCD與CMOS在性能上存在諸多差異。

　　分辨率方面，CMOS的每個像素都比CCD復雜，且其像素尺寸很難達到CCD的水平，因此相同尺寸的CCD與CMOS比較，通常CCD的分辨率比CMOS要好，也就是成像質(zhì)量更加優(yōu)秀。

　　噪聲方面，由于CMOS的每個感光二極管都需要搭配一個放大器，因此需要較多的放大器。而CCD只要在芯片邊緣安置一個放大器。兩者相比，CCD的噪聲相對CMOS較小，有利于提高圖像質(zhì)量。

　　靈敏度方面，CMOS信號以點為單位的電荷信號，以點直接讀取信號;而CCD是以行為單位的電流信號，以行間接讀取信號，因此在像素尺寸相同的情況下，CMOS的靈敏度要低于CCD。

　　耗電量方面，由于CMOS為主動式圖像采集方式，而CCD采用被動式采集方式，因此CMOS的電荷傳輸可以由電晶體放大輸出，而CCD需要外加12~18V的電壓，才能讓像素中的電荷移送到傳輸通道。為此CCD的電源線路在精密性和耐壓強度方面要求更高，耗電量也就相比CMOS高出許多，一般CCD的耗電量是CMOS的8-10倍。

　　成本方面，CMOS的生產(chǎn)工藝與大規(guī)模集成電路的相同，可以將周邊設施一次性都整合至傳感器芯片中，有效減少了外圍芯片的成本;而CCD數(shù)據(jù)輸出依賴電荷傳遞，其中如果有像素在傳遞中出現(xiàn)錯誤，那么一整排的數(shù)據(jù)也都沒法正常傳送，所以與CMOS相比，控制CCD的成品率難度更大，導致在制造成本方面，CCD相對高于CMOS。

　　綜合來看，CCD在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面具有優(yōu)勢，但CMOS具有低成本、低功耗的特點。但是隨著CCD與CMOS技術的進步，兩者各補所短，差異將逐步縮小。

　　工業(yè)相機輸出模式類型對比分析

　　模擬相機和數(shù)字相機之間的主要區(qū)別在于圖像被數(shù)字化的地方不同。數(shù)字相機在相機里將信號數(shù)字化，并且通過串行總線接口將信號以數(shù)字方式傳輸給計算機(或圖像處理器)。而在另一方面，模擬相機系統(tǒng)并不是在其內(nèi)部將圖像信號數(shù)字化(數(shù)字化是由計算機完成的)，所以，模擬信息是通過同軸電纜而進行傳輸?shù)摹１M管兩種方法都能夠有效地傳輸信號，但模擬信號容易受到電磁干擾而失真，數(shù)字信號抗干擾性能較好，能夠傳輸更精確的信號。

　　分辨率方面，模擬相機的分辨率被限制在大約640×480像素，而數(shù)字相機能夠達到80兆像素甚至更高。模擬相機和數(shù)字相機典型的像素大小在3微米到20微米范圍內(nèi)。幀速方面，由于一般情況下像素數(shù)和幀速之間存在著相互影響，相機的像素數(shù)越多，其幀速越低。因此一般模擬相機較分辨率較高的數(shù)字相機而言幀速明顯較高。

　　成本方面，一般數(shù)字相機的單價高于模擬相機，且典型的數(shù)字相機安裝和設定所要的時間相對較長。但一般需要的數(shù)字相機數(shù)量相對較少，維護成本也較低。而且同分辨率的情況下數(shù)字相機的能耗不足模擬相機的1/5。另外，數(shù)字相機的可以現(xiàn)場固件升級，而模擬相機返廠升級。

　　綜合考慮工業(yè)相機的性能和成本，雖然工業(yè)模擬相機價格一半低于工業(yè)數(shù)字相機，但其分辨率和圖像質(zhì)量不高，應用局限較多。數(shù)字相機一般較為昂貴，但為要求高速度、高準確度和高精度的應用，通常也值得付出高成本。

　　工業(yè)相機數(shù)據(jù)接口類型對比分析

　　根據(jù)傳輸?shù)木嚯x、穩(wěn)定性、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)大小(帶寬)等特點，可以選擇USB、Firewire、Camera Link等不同接口的相機。USB接口具有標準統(tǒng)一、使用便捷、可連接多個設備等特點;但其沒有工業(yè)圖像傳輸標準、傳輸距離短、穩(wěn)定性不高，不是最優(yōu)選擇。Firewire具有高速率、數(shù)據(jù)傳輸實時性、采用總線結構、即插即用等特點，但由于其不能廣泛應用，目前支持的廠商越來越少。CamerLink具有高速率，帶寬可達6400Mbps、抗干擾能力強、功耗低等特點。GigE具有拓展性好、經(jīng)濟性好、可靠性高、易集成、較簡易、便于管理維護等特點。其中在GigE目前在機器視覺中應用最為廣泛。

　　圖1 不同數(shù)據(jù)接口的技術特點

　　綜上所述，不同的工業(yè)相機一般都要具有自身的特點和使用場合。對于工業(yè)相機的選擇，還要根據(jù)相機所應用的環(huán)境以及生產(chǎn)線對于成本的控制來定。

　　結語

　　工業(yè)相機的選擇直接決定著視覺檢測的效果，因此選擇合適的工業(yè)相機十分關鍵。其不同的類型各具特點，需要綜合工業(yè)相機的性能與成本等因素進行考慮，最大限度的提高其性價比。