工业相机是机器视觉系统中的一个关键组件，其本质的功能就是将光信号转变成小型高清工业相机为有序的电信号。选择合适的相机也是机器视觉系统设计中的重要环节，相机不仅直接决定所采集到的图像分辨率、图像质量等，同时也与整个系统的运行模式直接相关。

　　工业相机又俗称摄像机，相对传统的民用相机(摄像机)而言，它具有更高的图像稳定性、高传输能力和高抗*力等优势。目前市面上工业相机大多是基于CCD(Charge Coupled Device)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)芯片的相机。

　　CCD是目前机器视觉较为常用的图像传感器。它集光电转换及电荷存贮、电荷转移、信号读取于一体，是典型的固体成像器件。CCD的突出特点是以电荷作为信号，而不同于其它器件是以电流或者电压为信号。这类成像器件通过光电转换形成电荷包，而后在驱动脉冲的作用下转移、放大输出图像信号。

　　典型的CCD相机由光学镜头、时序及同步信号发生器、垂直驱动器、模拟/数字信号处理电路组成。CCD作为一种功能器件，与真空管相比，具有无灼伤、无滞后、低电压工作、低功耗等优点。

　　CCD工业相机仅是机器视觉系统的一个代表。在整个机器视觉系统中，光源、镜头、相机，相互制约，但其中的关键点是摄像机。伴随相机支持技术的快速发展，特别是CCD与CMOS，他们对于高分辨率工业相机技术的发展产生的现实意义非同寻常。而CCD 和 CMOS 是除了生产工程以外，特征上也有很多区别。一般认为CMOS的图像效果低于CCD, 不过近随CMOS的生产量的增加，CMOS的品质也迅速得到改善。

　　CCD是60年代末期由贝尔试验室发明。开始作为一种新型的PC存储电路，很快CCD具有许多其他潜在的应用，包括信号和图像(硅的光敏性)处理。CCD和CMOS是现在普遍采用的两种图像工艺技术，它们之间的主要差异在于传送方式的不同。

　　虽然CCD在影像品质、分辨率大小、灵敏度等方面优于CMOS，而CMOS具有低成本、低功耗以及高整合度的特点。随着CCD与CMOS技术的不断进步，两者之间的差异将逐步减小，目前CCD一直致力于功耗上的改进，而CMOS也在投入大量的研发改善分辨率与灵敏度方面的不足。可以预见在CCD与CMOS不断改进后的未来，我们将走进一个更加缤纷多彩的数码影像世界。

　　目前高分辨率相机适合应用的领域越来越广，除了数字影像、智能交通、布料检测设备等2次元的检测设备之外，机器视觉(工厂自动化的部分领域)、医疗、教育设施等领域也都已有了广泛应用。用户应该从具体应用出发，根据使用的目的来选择合适的高分辨率相机，如需要高分辨率、照明良好，一般的可以用 CMOS;如需要高分别率和高速的话，要选高S/N的 CCD 摄像机。

　　嫦娥二号探月卫星升空的升空，使人们认对CCD工业相机有了进一步的的了解。由于要摄取月球表面数据需要高清质量的图像，相机是绑在嫦娥二号卫星上与卫星同步运行的，加上月球本身就在转动，这就要求相机的拍摄速度要非常快，抓怕到的图像质量非常高，所以终采用了工业相机进行图像采集与记录。

　　工业相机与普通相机的区别在于：

　　1、工业相机的快门时间非常短，可以抓拍快速运动的物体。

　　举个例子，把一张名片贴在电风扇扇叶上，以大速度旋转，用工业相机抓拍一张图像，能清晰的辨别名片上的字体。然而用一般的相机来拍摄，是根本不可能达到这样效果的。

　　2、工业相机的图像传感器是逐行扫描的，而一般摄像机的图像传感器是隔行扫描的，甚至是隔三行扫描的。

　　逐行扫描的图像传感器生产比较困难，成品率低，出货量也少，世界上只有少数几个公司能够提供这类产品，例如Dalsa、Sony，而且价格昂贵。*逐行扫描CCD的价格，从人民币4000元到3万元不等，其中的技术参数也颇为繁多。只有采用逐行扫描的图像传感器，才有可能清晰抓拍快速运功物体。

　　3、工业相机的拍摄速度远远高于一般相机。

　　工业相机每秒可以拍摄十幅到几百幅的图片，而一般相机只能拍摄2-3幅图像，相差甚远。

　　4、工业相机输出的是裸数据，其光谱范围也往往比较宽，比较适合进行高质量的图像处理算法，普遍应用于机器视觉系统中。而一般相机(DSC)拍摄的图片，其光谱范围只适合人眼视觉，并且经过了MPEG压缩，图像质量也较差。

　　下面介绍一下工业相机相关性能及技术参数：

　　一、工业相机的类型：

　　1、线阵CCD工业相机

　　用一排像素扫描过图片，做三次曝光——分别对应于红、绿、蓝三色滤镜，正如名称所表示的，线性传感器是捕捉一维图像，初期应用于广告界拍摄静态图像，线性阵列。处理高分辨率的图像时，受局限于非移动的连续光照的物体。线阵CCD相机具有灵敏度高，动态范围大，性价比高等特点。由于其结构简单，成本较低，并且可以同时储存一行电视信号，加上它可以做很多单排感光单元，在同等测量精度的前提下，线阵CCD相机的测量范围可以做的较大，并且由于线阵CCD实时传输光电变换信号和自扫描速度快、频率响应高，可以实现动态测量，并能在低照明度下工作，所以线阵CCD广泛地应用在产品尺寸测量和分类、非接触尺寸测量、条形码等许多领域。

　　2、面阵CCD工业相机

　　允许拍摄者在任何快门速度下一次曝光拍摄移动物体。面扫描CCD电荷包的转移情况与线阵CCD的器件类似，只是它的形式较多，结构简单，则摄象质量不好，反之摄象质量好的，驱动电路就会变得复杂。再加上生产技术的制约，单个面阵CCD的面积很难达到一般工业测量对视场的需求。

　　由于市场上研发出了一种线阵CCD 亚像元的拼接技术，该技术可提高CCD的分辨率，缓解了由于受工艺和材料影响而很难减小CCD像元尺寸的难题，在理论上可获得比面阵CCD相机更高的分辨率和精度。所以线阵CCD被广泛应用。

　　3、三线传感器CCD工业相机

　　在三线传感器中，三排并行的像素分别覆盖 RGB滤镜，当捕捉彩色图片时，完整的彩色图片由多排的像素来组合成。三线CCD传感器多用于数码相机，以产生高的分辨率和光谱色阶。

　　4、交织传输CCD工业相机

　　这种传感器利用单独的阵列摄取图像和电量转化，允许在拍摄下一图像时再读取当前图像。交织传输CCD通常用于低端数码相机、摄像机和拍摄动画的广播拍摄机。

　　5、全幅面CCD工业相机

　　此种CCD 具有更多电量处理能力，更好动态范围，低噪音和传输光学分辨率，允许即时拍摄全彩图片。由并行浮点寄存器、串行浮点寄存器和信号输出放大器组成。曝光是由机械快门或闸门控制去保存图像，并行寄存器用于测光和读取测光值，图像投摄到作投影幕的并行阵列上，此元件接收图像信息并把它分成离散的由数目决定量化的元素，这些信息流就会由并行寄存器流向串行寄存器。此过程反复执行，直到所有的信息传输完毕，接着，系统进行精确的图像重组。

　　二、工业相机参数简介

　　1. 分辨率(Resolution):相机每次采集图像的像素点数(Pixels)。对于数字工业相机机一般是直接与光电传感器的像元数对应的，对于模拟相机机则是取决于视频制式，PAL制为768*576，NTSC制为640*480。

　　2. 像素深度(Pixel Depth):即每像素数据的位数，一般常用的是8Bit，对于数字工业相机机一般还会有10Bit、12Bit等。

　　3. 大帧率(Frame Rate)/行频(Line Rate):即相机采集传输图像的速率，对于面阵相机机一般为每秒采集的帧数(Frames/Sec.)，对于线阵相机机为每秒采集的行数(Hz)。

　　4. 曝光方式(Exposure)和快门速度(Shutter):对于线阵相机都是逐行曝光的方式，可以选择固定行频和外触发同步的采集方式，曝光时间可以与行周期*，也可以设定一个固定的时间;面阵工业相机有帧曝光、场曝光和滚动行曝光等几种常见方式。数字工业相机机一般都提供外触发采图的功能，快门速度一般可到10微秒，高速工业相机还可以更快。

　　5. 像元尺寸(Pixel Size):像元大小和像元数(分辨率)共同决定了相机机靶面的大小。目前数字工业相机像元尺寸一般为3μm-10μm，一般像元尺寸越小，制造难度越大，图像质量也越不容易提高。

　　6. 光谱响应特性(Spectral Range):指该像元传感器对不同光波的敏感特性，一般响应范围是350nm-1000nm,一些相机在靶面前加了一个滤镜，滤除红外光线，如果系统需要对红外感光时可去掉该滤镜。

　　目前CCD工业相机在各领域的典型应用众多，例如：产品表面残缺检测系统，它由多只线扫描CCD相机，按生产线的速度同步进行图像摄取，将摄取到的图像转化为数字信号传送给图像处理系统;图像处理系统再根据所得信息与表面无残缺的产品模板进行匹配，进而根据匹配结果来识别图像的内容或控制现场的设备动作，匹配成功则通过检测，匹配不成功则发出信号再进行相应操作。

　　在机器视觉系统中，除了摄像机以外，镜头、光源等其他硬件的组合也是非常关键的因素。 从市场状况来看，目前对于100万到200万像素的入门级高分辨率相机竞争比较激烈，性价比都还不错，在领域里应用的利润比较丰厚。近几年来高分辨率工业相机使用范围越来越广，在视频会议、纺织印染、高精度电子制造、生物医学等领域都有涉足。而在国外精密化工、生物医学、电子科学上，更有广泛应用，这些领域都属于朝阳产业，技术更新换代快。在将中国制造转换为中国创造的大潮中，高精尖技术在国内的发展必然会是爆发式的，高分辨率CCD工业相机的用武之地也必将更加广阔。