[硬件选型] 工业相机之相机分类

       随着机器视觉技术进入中国，在自动化生产的大背景下，现在已经得到了广泛的应用。而工业相机作为机器视觉系统重要组成部分，首先需要确定的就是相机的类型。下面就带大家了解一下常见工业相机的分类。

一、模拟相机与数字相机

       工业相机按输出图像信号格式划分为模拟相机与数字相机。早期的工业相机多采用PAL/ NTSC/ CCIR/ EIA-170等标准模拟输出，也有采用非标准模拟输出的产品，随着GigE/IEEE 1394/USB 2.0/ USB 3.0/ Camera Link/ CameraLink HS/ CoaXPress等数字接口技术的发展和普及，越来越多的工业数字相机取代传统的模拟相机出现在各种机器视觉系统中。

       数字相机的信号受噪声干扰较少，因此数字相机的动态范围很高，图像质量更好；而模拟相机采集到的是模拟信号，要经过数字采集卡转换为数字信号，受噪声影响较大，分辨率低，且帧率一般固定。

       模拟相机工作流程图如下：

 

       数字相机工作流程图如下：网口接收上位机输出的拍照指令,将拍照命指令转换成脉冲信号,并将脉冲信号输出给采集卡;采集卡用于接收脉冲信号,并将脉冲信号发送给需要拍照的相机,控制需要拍照的相机进行拍照.

总结： 为机器视觉系统选择相机时要认真考虑工业相机的性能和成本。虽然工业模拟相机远比工业数字相机便宜，但它们的分辨率和图像质量较低，所以可能会被局限在要求不太高的应用中。数字相机比模拟相机昂贵，但它们的高成本可能值得为要求高速度、高准确度和高精度的应用而付出（数字相机：选我选我…）。

二、彩色相机与黑白相机

       相机按照输出色彩来划分，分为了黑白相机与彩色相机。黑白相机输出的是没有颜色信息的灰度信号值，而彩色相机又分为伪彩色相机与真彩色相机。

       市面上的彩色相机基本都是伪彩色相机，里面只有一块感光芯片，芯片上每个像素点对应R、G、B三种颜色中的一种，就是在相邻的像元传感器上覆盖上三基色滤波器，这样就使得入射光在进行入到每个像素单元之前就进行了色彩分离，所以每个像素单元只能记录下一种颜色信息。

       按照特定结构像元感应色彩的排列，利用一种叫做Bayer插值算法，就可解读出单个像元所对应的其他2个颜色信息，进而得到全彩色像素信息，所以这样的工业相机也被称为Bayer格式彩色相机，下图是常见的Bayer彩色排列：       从图中我们可以发现，无论哪种排列，绿色所占的比例总是在1/2左右，这是因为人眼对绿色更加敏感。除了这种利用Bayer插值算法生成彩色图像的伪彩色相机外，还有一种真彩色相机，这种相机会同时记录下R、G、B这三种颜色信息，所以相机内部有3块感光芯片，通过分光棱镜将入射光分为R、G、B三种颜色，分别照射到3块感光芯片上，如下图：

       真彩色相机获取的图像质量好，没有细节丢失，但这样的相机结构复杂，需要配备专门的镜头，价格一般都很昂贵。

总结：

       黑白相机和彩色相机很容易理解，输出图像是黑白的就是黑白相机，彩色的就是彩色相机。先来看简单的黑白相机，当光线照射到感光芯片时，光子信号会转换成电子信号。由于光子的数目与电子的数目成比例，主要统计出电子数目就能形成反应光线强弱的黑白图像。经过相机内部的微处理器处理，输出就是一幅数字图像。在黑白相机中，光的颜色信息是没有被保留的。

       实际上CCD是无法区分颜色的，只能感受到信号的强弱。在这种情况下为了采集彩色图像，理论上可以使用分光棱镜将光线分成光学三原色（RGB），接着使用三个CCD去分别感知强弱，最好在综合到一起。这种方案理论上可行，但是采用3个CCD加分光棱镜使得成本骤增。最好的办法是仅使用一个CCD也能输出各种彩色分量。但彩色图像的细节处会出现伪彩色，导致精度降低。在工业应用中如果我们要处理的是与图像颜色有关，那么我们需要采用彩色相机；如果不是，那么最好选用黑白相机，因为在同样分辨率下，黑白相机的精度高于彩色相机。

       根据需求，一般对视觉检测物体没有颜色要求的，可选择黑白相机，若有颜色要求（检测物体或物体背景的颜色影响检测）可选彩色相机更好的分离检测目标和背景。

三、面阵相机与线阵相机

       按照相机传感器的形状排列，分为面阵相机与线阵相机。

       面阵相机的像元是阵列排列，阵列中的每个感光单元对应一个像素，被拍摄的目标的一个面被成像，目标与相机之间可以是静止的，也可以是相对运动的。面阵相机可以在短时间内曝光、一次性获取完整的目标图像，具有测量图像直观的优势。应用场所：应用面较广，如面积、形状、尺寸、位置，甚至温度等的测量。

       线阵相机的感光单元排列是一维的，每次曝光仅是目标上的一条线被成像，形成一行图像，随着目标物体与相机之间的相对运动，相机连续曝光，最后形成一幅二维图像。线阵相机幅面宽，像元尺寸较灵活，行频高。常应用于连续检测的领域，如需要极大的视野或极高的精度或被测视野为细长的带状，比如生产线滚筒上检测（应用较多）：金属，塑料，纸和纤维等，被测物体匀速运动，利用一台或多台相机对其逐行连续扫描，以达到对其整个表面均匀检测。可以对其图象一行一行进行处理，或者对由多行组成的面阵图象进行处理。另外线阵相机非常适合测量场合，这要归功于传感器的高分辨率，它可以准确测量到微米。