相機都有哪些種類？我們常說的CCD就是相機么？除了2D平面相機，是否還有其他種類的相機，原理又是什么？下面這篇文章給您一一道來。

一，相機就是CCD么？

 

通常，我們把所有相機都叫作CCD，CCD已經(jīng)成了相機的代名詞。正在使用被叫做CCD的很可能就是CMOS。其實CCD和CMOS都稱為感光元件，都是將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電子信號的半導(dǎo)體元件。他們在檢測光時都采用光電二極管，但是在信號的讀取和制造方法上存在不同。兩者的區(qū)別如下：

二，像素。

 

所謂像素，是指圖像的*小構(gòu)成單位。電腦中的圖像，是通過像素（或者稱為PIXEL）這一規(guī)則排列的點的集合進行表現(xiàn)的。每一個點都擁有色調(diào)和階調(diào)等色彩信息，由此就可以描繪出彩色的圖像。

 

▼例如 ：液晶顯示器上會顯示「分辨率：1280×1024」等。這表示橫向的像素數(shù)為1280，縱向的像素數(shù)為1024。這樣的顯示器的像素總數(shù)即為1280×1024＝1,310,720。由于像素數(shù)越多，則越可以表現(xiàn)出圖像的細節(jié)，因此也可以說「清晰度更高」。

三，像素直徑。

 

所謂像素直徑，是指每個CCD元件的大小，通常使用μm作為單位。嚴謹?shù)恼f，這個大小中包含了受光元件與信號傳送通路。（＝像素間距，即某個像素的中心到鄰近一個像素的中心的距離。）。也就是說，像素直徑與像素間距的值是一樣的。如果像素直徑較小，則圖像將通過較小的像素進行描繪，因此可以獲得更加精細的圖像。可以通過像素直徑和有效像素數(shù)，求出CCD元件的受光部的大小。

 

假設(shè)某個 CCD 元件的條件如下所示 ：

·有效像素數(shù)…768 × 484

·像素直徑…8.4 μm × 9.8 μm

 

則受光部的大小為

·橫向 768 × 8.4 μm ＝ 6.4512 mm

·縱向 484 × 9.8 μm ＝ 4.7432 mm

 

四，CCD的大小。

 

▼CCD感光元件的大小，一般分為采用英寸單位表示和采用APS-C大小等規(guī)格表示這2種方式。采用英寸表示時，該尺寸并不是拍攝的實際尺寸，而是相當(dāng)于攝像管的對角長度。例如，1/2英寸的CCD表示「擁有相當(dāng)于1/2英寸的攝像管的拍攝范圍」。為什么如此計算呢，這是由于當(dāng)初制造CCD的目的就是用來代替電視機錄像機的攝像管的。當(dāng)時，由于想要繼續(xù)使用鏡頭等光學(xué)用品的需求比較強烈，由此就誕生了這種奇怪的規(guī)格。主要的英寸規(guī)格的尺寸如下表所示。

五，快門速度。

 

表示CCD或CMOS感光元件中蓄積電荷的時間。如果快門速度為1/250，則蓄積光的時間為1/250秒。快門速度越快，則元件的受光量越少，相反如果快門速度越慢，則元件的受光量越多。也可以說，快門速度將起到了調(diào)整光量的作用。關(guān)于快門速度和受光量（正確來說應(yīng)該稱為蓄積的電荷量），存在以下的關(guān)系。

 

例如：如果將快門速度基準(zhǔn)定為 1/1000 秒，則

·快門速度變?yōu)?/span> 1/500 秒，則受光量變?yōu)?/span> 2 倍。

·快門速度變?yōu)?/span> 1/2000 秒，則受光量變?yōu)?/span> 1/2。

 

六，增益。

 

所謂增益，是指將圖像信號進行電子增幅的過程。用于圖像處理的CCD中，配備了可以通過在暗處拍攝時增幅信號，從而看上去變得明亮的功能。另外，還配有根據(jù)拍攝對象的亮度自動進行調(diào)整的增益控制功能等。

 

▼例如在1/10000快門速度下拍攝，增加增益前后的對比如下。

七，1D相機（線掃描相機）

 

▼前面所有我們提到的像素呈矩陣排列的CCD即為覆蓋視覺檢測中99%應(yīng)用的面陣相機。

▼而線陣相機在長度方向目前*多有16K像素，但是寬度方向只有一個像素。通過移動來獲取圖像。

▼相比于平面相機，線掃相機主要優(yōu)勢體現(xiàn)在兩個方面。

1，更高的分辨率。

2，成像質(zhì)量更高。（反光產(chǎn)品，柱狀體產(chǎn)品）

▼另外，對于布匹裝的連續(xù)監(jiān)測的產(chǎn)品，線掃描相機也非常方便。

但是，相比于面陣相機，線掃描相機成本更高，安裝架設(shè)難度更高。同時，需要配合編碼器來配合觸發(fā)拍照，需要有這方面的Know-how。

 

▼*后，線掃描相機需要使用特殊的鏡頭和光源。

八，3D相機。

 

目前市面的3D相機根據(jù)成像原理不同，主要分為三種。

1，激光類（Laser）

2，多目類（Binocular Vision）

3，光柵類（Strip Pattern）

 

1，激光類（Laser）。

▼主要是通過三角反射原理，激光發(fā)生器投出激光束照在物體表面，反射回來的光線被CCD接受，然后建模成3D圖像。

▼激光掃描成像。

2，雙目類。（Binocular Vision）

雙目立體視覺是指用兩臺性能相當(dāng)、位置固定的CCD攝像機，獲取同一景物的兩幅圖像，通過兩個攝像頭所獲取的二維圖像，來計算出景物的三維信息。在原理上比較類似人類的雙目視覺。組建一個完整的雙目立體視覺系統(tǒng)一般需要經(jīng)過攝像機標(biāo)定，圖像匹配，深度計算等步驟。

 

3，光柵類（Strip Pattern）。

▼目前基恩士有此類成熟的產(chǎn)品，XR系列。其優(yōu)點是無需移動機構(gòu)，一次高精度成像（請參考歷史文章）。

▼拍攝效果圖：

九，2.5D相機。

 

▼（詳細介紹請參考之前歷史文章）通過控制光源從不同角度照明，得到圖像凹凸信息產(chǎn)生的陰影圖像，而*后合成計算得到3D信息的圖像（注：高度“Z”方向不能定量測量，所以叫2.5D）。

▼原圖-->合成圖像

轉(zhuǎn)自：工業(yè)機器視覺系統(tǒng)的前沿應(yīng)用