一、最低照度

最低照度是衡量CCD相機(jī)靈敏度的重要指標(biāo)。它表示當(dāng)降低環(huán)境光照度降低至一定程度，而使CCD相機(jī)所輸出的視頻信號(hào)電平低到某一規(guī)定值時(shí)，所對(duì)應(yīng)的環(huán)境照度。例如：當(dāng)環(huán)境照度降低至0.04lx時(shí)，CCD相機(jī)所輸出的視頻信號(hào)的幅值降為最大幅值的50%，則稱CCD相機(jī)的最低照度為0.04x（F1.2）。當(dāng)環(huán)境照度繼續(xù)降低，CCD相機(jī)所輸出視頻圖像的像質(zhì)將難以保證。CCD相機(jī)的最低照度與所使用鏡頭的最大相對(duì)孔徑有關(guān)，在提供相機(jī)最低照度的同時(shí)，應(yīng)注明測(cè)試時(shí)所所使用鏡頭的相對(duì)孔徑。

二、固定圖像噪聲（FPN）

當(dāng)不采用曝光控制時(shí)，轉(zhuǎn)移柵結(jié)構(gòu)的非一致性將導(dǎo)致柵極電位的微小變化。同時(shí)，柵極限制電阻也使柵極電位產(chǎn)生了微小變化，從而使光電二極管在每一積分周期的開始產(chǎn)生微小的電位差。因?yàn)闁艠O結(jié)構(gòu)的特性是固定的，因此這些微小的電位差稱為“固定圖像噪聲（Fixed Pattern Noise）”；當(dāng)采用曝光控制時(shí)，光電二極管的初始電位由復(fù)位管的基極決定。如果基極電位較先前的電位有所提高，則將會(huì)引入一定量的電荷。即使在零照度條件下，這些電荷也會(huì)通過轉(zhuǎn)移柵傳輸于CCD寄存器。這并不是主要問題，因?yàn)榭梢院苋菀椎貜妮敵鲂盘?hào)中去除直流信號(hào)。但是，轉(zhuǎn)移柵的非一致性將會(huì)產(chǎn)生直流偏置，且這一偏置在像素與像素間并不相同，從而使提高了固定圖像噪聲。固定圖像噪聲可通過非均勻性校正電路或采用軟件方法進(jìn)行校正。

三、分辨率

分辨率是CCD相機(jī)的最為重要的性能參數(shù)之一，主要用于衡量相機(jī)對(duì)物像中明暗細(xì)節(jié)的分辨能力。相機(jī)的分辨率可以通過空間頻率或者TV線兩種方式來測(cè)量。這兩種測(cè)量不是一回事。如果把一個(gè)CCD圖像傳感器的一半面積遮蔽，以空間頻率表示相機(jī)的分辨率，其分辨率不變；若以TV線表示相機(jī)的分辨率，其分辨率則下降為原來的50%。CCD相機(jī)的分辨率受到多種因素的影響，包括光源的光譜、鏡頭的F數(shù)等。同時(shí)，還受一定的主觀因素的影響。如：在一般情況下，對(duì)于什么樣的目標(biāo)圖像是“可識(shí)別”的，其標(biāo)準(zhǔn)并不一致。如果相機(jī)分辨率是關(guān)鍵參數(shù)，最好是在實(shí)際操作環(huán)境下對(duì)相機(jī)進(jìn)行測(cè)試?？臻g頻率和TV線

四、掃描方式

1、“標(biāo)準(zhǔn)”2：1隔行掃描

這是RS-170“標(biāo)準(zhǔn)相機(jī)”的掃描次序。這種由廣播電視系統(tǒng)發(fā)展起來掃描方式可以相對(duì)較低（30Hz）的幀速提供更為清晰的圖像。從一幀圖像的頂部開始，相機(jī)在第一個(gè)半幀時(shí)間里讀所有的奇數(shù)線（1.3.5……479）。然后在第二個(gè)半幀時(shí)間里又從幀頂開始讀所有的偶數(shù)線（0.2.4…..478）。在一個(gè)時(shí)間里只變換半幀圖像，可以減少圖像的閃爍。隔行掃描對(duì)于機(jī)器視覺可能會(huì)產(chǎn)生麻煩。因?yàn)橄噜彽木€是在不同時(shí)間掃描的，因此任何移動(dòng)的物體在奇數(shù)線和偶數(shù)線的位置可能會(huì)不同，從而影響了成像質(zhì)量。

2、連續(xù)掃描
在視覺應(yīng)用中，連續(xù)掃描相機(jī)正在變得越來越流行。連續(xù)掃描相機(jī)從一幀圖像中的頂部至底部以自然次序（0.1.2….479）進(jìn)行連續(xù)掃描。一些線性連續(xù)掃描相機(jī)具有附加的電路，可把連續(xù)采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成2：1的隔行掃描格式的數(shù)據(jù)，以備RS-170監(jiān)測(cè)器和采集卡處理。

3、異步觸發(fā)和部分掃描
當(dāng)CCD相機(jī)處于異步觸發(fā)方式時(shí)，相機(jī)并不是以固定時(shí)鐘連續(xù)掃描和輸出連續(xù)信號(hào)。而是在收到一個(gè)觸發(fā)信號(hào)后，再開始掃描輸出新的一幀信號(hào)。此功能適用于對(duì)生產(chǎn)線上快速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的瞬間圖像采集。
部分掃描是指CCD相機(jī)所讀出的數(shù)據(jù)小于它的滿幀數(shù)據(jù)。由于讀取數(shù)據(jù)量相對(duì)較少，則相應(yīng)的讀取時(shí)間要少，從而提高了幀速。此功能對(duì)于高速圖像采集系統(tǒng)非常重要。例如：一個(gè)物體只占一幀圖像的上部的1/4，即連續(xù)掃描相機(jī)只用1/4幀時(shí)就能采集這部分圖像。采用部分掃描方式，相機(jī)在采集完上部的1/4幀圖像時(shí)，利用異步重置功能重新進(jìn)行下一幀圖像的采集，并仍然只采集原圖像的1/4幀，以此反復(fù)。從而使相機(jī)的有效幀速率提高至原來的4倍。

五、接口

1、Analog
輸出模擬信號(hào)的攝像機(jī)仍然在廣泛使用。這個(gè)系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)，簡(jiǎn)單可*，成本低，可以直接把視頻信號(hào)接到電視機(jī)上顯示，對(duì)大多數(shù)用途性能足夠好，型號(hào)眾多可供選擇等等。一般使用1／4、1門、或l／2英寸的彩色或黑白CCD芯片，大多采取PAL或NTSC制式，可輸出768×596或640×480像素的圖像，這兩種制式的速度分別是25幀／秒和30幀／秒，每幀圖像有兩個(gè)場(chǎng)組成，也就是所謂的隔行掃描，并沒有多少選擇，所使用的CCD芯片像素也是這個(gè)范圍，信噪比一般在48dB不到60dB之間，鏡頭接口多是c或CS格式。信號(hào)通常使用標(biāo)準(zhǔn)的75 Ω 視頻同軸線傳輸，BNC接頭。有逐行掃描的攝像機(jī)，但是必須要用相應(yīng)的圖像卡支持才行。對(duì)于機(jī)器視覺應(yīng)用，選擇這種攝像機(jī)時(shí)應(yīng)注意幾個(gè)問題：1)選擇各種參數(shù)可以手動(dòng)設(shè)置的攝像頭，例如增益、快門速度等。2)選擇靈敏度高、信噪比大的攝像頭，一般說明書上會(huì)標(biāo)記最低照度為0.1Lux等，越小越好。3)水平清晰度越大越好，例如600線的。4)CCD尺寸大時(shí)對(duì)后續(xù)的成象質(zhì)量有利，但選擇時(shí)要考慮到鏡頭的性能。使用輸出模擬信號(hào)的攝像頭時(shí)．可以選擇價(jià)格低廉的圖像卡，一般8bit的數(shù)字化率就足夠高了，可以提供256灰度級(jí)或24bit的彩色圖像，對(duì)大部分應(yīng)用綽綽有余。圖像處理的速度從而變得很快，降低了后面計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的速度要求。這個(gè)圖像卡的關(guān)鍵是圖像質(zhì)量要高，因?yàn)橐曨l信號(hào)的電壓幅度是0—1V，如果圖像卡的輸入部分設(shè)計(jì)不好，會(huì)造成條紋、花彩等各種影響圖像質(zhì)量的結(jié)果，對(duì)圖像的算法處理極為不利；圖像卡還要有方便使用的觸發(fā)輸入和控制輸出，通過傳感器發(fā)出的信號(hào)觸發(fā)圖像采集，從而控制圖像采集的時(shí)間和位置，圖像處理的結(jié)果(例如Pass或Fall)通過輸出接口給PLC或其他控制系統(tǒng)，控制機(jī)器的動(dòng)作和運(yùn)行邏輯，完成整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化。輸出信號(hào)的格式最好是有多種可以選擇，因?yàn)橛?jì)算機(jī)本身只能輸出5V或12V信號(hào)，而工業(yè)用的PLC和傳感器等多使用24V直流，圖像卡上有了相應(yīng)的輸出，就不用外加轉(zhuǎn)換電路了。當(dāng)然，模擬信號(hào)的攝像機(jī)也有很多的缺點(diǎn)，最重要的就是分辨率不高、幀數(shù)不夠快以及噪音較大。盡管如此，由于其低廉的成本優(yōu)勢(shì)和多品種可以選擇，目前市場(chǎng)占有率最大。

2、RS422

RS422是數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)碾姎庖?guī)范。這一標(biāo)準(zhǔn)采用雙絞線，以不同的模式對(duì)同一信號(hào)進(jìn)行傳輸，下圖為傳輸數(shù)據(jù)率與電纜長(zhǎng)度的關(guān)系。當(dāng)某一信號(hào)為高電平時(shí)，另一信號(hào)必須為低電平。在RS422規(guī)范中，高電平為3V，低電平為0V。為了降低噪聲，雙絞線必須適用于所有RS422信號(hào)。其電纜的阻抗為100Ω，并具有110Ω終端負(fù)載。在機(jī)器視覺系統(tǒng)中，所有輸入相機(jī)的RS422信號(hào)需具有110Ω終端負(fù)載。

3、Camera Link

Camera Link是適用于視覺應(yīng)用數(shù)字相機(jī)與圖像采集卡間的通信接口。這一接口擴(kuò)展了Channel Link技術(shù)，提供了視覺應(yīng)用的詳細(xì)規(guī)范。Camera Link就是專為機(jī)器視覺的高端應(yīng)用設(shè)計(jì)的，其基礎(chǔ)是美國(guó)National Semiconductor公司的驅(qū)動(dòng)平板顯示器的Channel Link技術(shù)，在2000年由幾家專做圖像卡和攝像機(jī)的公司聯(lián)合發(fā)布，所以一開始就對(duì)接線、數(shù)據(jù)格式、觸發(fā)、相機(jī)控制、高分辨率和幀頻等作了考慮，結(jié)果是對(duì)于機(jī)器視覺的應(yīng)用提供了很多方便，例如數(shù)據(jù)的傳輸率非常高，可達(dá)1GBits／s，輸出的是數(shù)字格式，可以提供高分辨率、高數(shù)字化率和各種幀頻，信噪比也改善了。而且根據(jù)應(yīng)用的要求不同，提供了基本(Base)、中檔(Medium)、全部(Full)等支持格式，可以根據(jù)分辨率、速度等自由選擇。圖像卡和攝像機(jī)之間的通訊采用了LVDS(Low Voltage Differential Signaling)格式，速度快而且抗噪較好。圖像卡和攝像機(jī)之間使用專門的連接線距離最遠(yuǎn)10米。一般提供的是標(biāo)準(zhǔn)的3米MDR26-pin接線。如果你的應(yīng)用要求高速度、高分辨率，而且你有足夠的資金，那么考慮選Camera Link接口的攝像機(jī)和圖像卡，重要的是，目前你可以選擇的攝像機(jī)和圖像卡很多。Camera Link接口的缺點(diǎn)是其接口本身的機(jī)械尺寸太大(1．55×0．51英寸)，盡管半導(dǎo)體集成電路技術(shù)可以把成像系統(tǒng)做得很小，但這個(gè)接口決定了該類攝像機(jī)的尺寸不可能很小。另外，這個(gè)協(xié)議的傳輸距離較近，雖然可以使用光線把距離增加到數(shù)百米，但成本高昂。如下圖所示：標(biāo)準(zhǔn)的Camera Link電纜提供相機(jī)控制信號(hào)線、串行通信信號(hào)線和視頻數(shù)據(jù)線。其中，相機(jī)控制信號(hào)線為4路LVDS，它們被定義為相機(jī)輸入和圖像采集卡輸出；串行通信線為2路LVDS，用于在相機(jī)與圖像采集卡間進(jìn)行異步串行通信。

4、LVDS（EIA-644）
LVDS（Low Voltage Differential Signaling）是一種低擺幅的差分信號(hào)技術(shù)，它使得信號(hào)能在差分PCB線對(duì)或平衡電纜上以400Mbps的速率傳輸，其低電壓和低電流驅(qū)動(dòng)輸出實(shí)現(xiàn)了低噪聲和低功耗。
LVDS接口是一種單工方式。必要時(shí)也可使用半雙工、多點(diǎn)配置方式，但一般在噪聲較小、距離較短的情況下才適用。其點(diǎn)到點(diǎn)連接的差分對(duì)由一個(gè)驅(qū)動(dòng)器、互連器和接收器組成。低擺幅驅(qū)動(dòng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)了高速操作并減小了功率消耗，差分信號(hào)提供了適當(dāng)噪聲邊緣和功率消耗大幅減少的低壓擺幅。功率的大幅降低允許在單個(gè)集成電路上集成多個(gè)接口驅(qū)動(dòng)器和接收器。這提高了PCB板的效能，減少了成本。LVDS要求使用一個(gè)與媒質(zhì)相匹配的終端電阻（100±20Ω），該電阻終止了環(huán)流信號(hào)，應(yīng)該將它盡可能*近接收器輸入端放置。LVDS驅(qū)動(dòng)器能以超過155.5Mbps的速度驅(qū)動(dòng)雙絞線對(duì)，距離超過10ｍ，下圖為L(zhǎng)VDS傳輸數(shù)據(jù)率與電纜長(zhǎng)度的關(guān)系。

5、IEEE 1394

IEEE1394接口為Apple公司開發(fā)的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，又稱Firewire接口。IEEE 1394接口能夠在計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備間提供100、200、400Mbps的傳輸速率。該接口不要求PC端作為所有接入外設(shè)的控制器，不同的外設(shè)可以直接在彼此之間傳遞信息。利用IEEE 1394的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該接口不需要集線器就可連接63臺(tái)設(shè)備，并且可由橋網(wǎng)將獨(dú)立的子網(wǎng)連接起來，該接口不需要強(qiáng)制用電腦控制這些設(shè)備。IEEE 1394b接口規(guī)范能夠?qū)崿F(xiàn)800Mbps和1.6Gbps傳輸速度的高速通信方式，并可實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)的傳輸。無(wú)線方式IEEE 1394超高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)400Mbps的無(wú)線通信速度。傳送距離在無(wú)障礙時(shí)可達(dá)12m，傳送電波采用60GHz的微波。

6、Gigabit Ethernet

目前廣泛使用的網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)議Elheranet，20多年前已經(jīng)發(fā)布了，傳輸速度可以在10、100、1000Mbits標(biāo)準(zhǔn)選擇，而Gigabit Ethernet對(duì)于大多數(shù)機(jī)器視覺用途的帶寬要求綽綽有余，特別是用于機(jī)器視覺時(shí)，帶寬全部分配給了攝像機(jī)，沒有和其他設(shè)備共享。使用價(jià)格低廉的RJ45接口和網(wǎng)線，可以達(dá)到1 00米的傳輸距離?？紤]到機(jī)器視覺的要求，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議似乎滿足所有的方面，有足夠的速度和傳輸距離，有標(biāo)準(zhǔn)的硬件軟件支持。它使用的接線價(jià)格之低，其他標(biāo)準(zhǔn)難以望其項(xiàng)背。而且省去了一個(gè)專用的圖像卡?？偟膩碇v，使用成本可能是最低的。隨著各攝像機(jī)生產(chǎn)廠家對(duì)此的支持，Gigabit Ethernet接口可以實(shí)現(xiàn)象USB和FireWire同樣的即插即用功能，而且可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的連續(xù)高速傳輸，不象USB和FireWire那樣犧牲了CPU處理圖像的速度。