—工业数字相机篇机器视觉系统主讲人：张勇中国大恒（集团）有限公司北京图像视觉技术分公司工业摄像机分类按输出图像信号格式划分n 模拟摄像机ØPAL （黑白为CCIR ）ØNTSC （黑白为EIA ）n 数字摄像机ØIEEE1394ØUSB2.0ØCamera Link ØGigE工业摄像机分类按像素排列方式划分n 面阵摄像机Ø黑白摄像机ØBayer 彩色相机Ø3CCD 彩色相机（分光棱镜）n 线阵摄像机Ø黑白摄像机Ø3Line 彩色摄像机Ø3CCD 彩色摄像机（分光棱镜）工业摄像机靶面尺寸和分辨率靶面尺寸1’2/3’1/1.8’1/2’1/3’1/4’宽x 高(m m )12.8x 9.68.8x 6.67.18x 5.326.4x 4.84.8x 3.63.6x 2.7V G AS V G A X G A S X G AU X G A分辨率659x 494782x 5821034x 7791392x 10401628x 1236工业摄像机芯片分类按芯片类型划分：•C C D 摄像机•C MO S 摄像机C CD S e n s o r —全帧转移Output (Amplifier)Serial readout registerØ优点：填充因子(f i l lf a c t o r )可以达到非常高，甚至达到100%。
这样S e n s o r 灵敏度非常大。
Ø缺点：由于传输和读出使用的时钟相同，因此S e n s o r 上面的部分曝光时间比下面的长，这会造成S m e a r 现象。
为了解决这个问题，必须使用机械快门或闪光灯。
C CD S e n s o r —帧传输Ø优点：在曝光时间较长的情况下，S m e a r 现象比F u l l F r a m e A r r a y S e n s o r 小很多Ø缺点：由于需要两个S e n s o r ，因此成本非常高Light sensitive CCD-sensorShielded memory areaReadout register...............................C CD S e n s o r —行转移Ø转移时间约为1u s ，因此完全不存在S m e a r 现象。
Ø优点：由于转移时间非常短，因此不需要使用机械快门或闪光灯Ø缺点：由于屏蔽区占用了S e n s o r 的部分面积，因此使得此种传感器填充因子只能在20%~70%Ø添加微镜头可以增加填充因子Horizontal shift registersvertical shift registerShielded(Photo diodes)Sensor elements Output (Amplifier)电子快门和微透镜ØO v e r f l o w D r a i n 主要用来消除C C D S e n s o r 的B l o o m i n g 现象，它也被用来实现电子快门Ø通过M i c r o L e n s e s 可以将传感器的填充因子提高。
C MO S S e n s o rC CD v s C MO SC CD C M O S优1.图像质量高2.灵敏度高3.对比度高1.体积小2.片上数字化3.很多片上处理功能4.低功耗5.没有B l o o m i n g 现象6.直接访问单个像素7.高动态范围（120d B ）8.帧率可以更高劣1.B l o o m i n g2.不能直接访问每个像素3.没有片上处理功能1.一致性较差2.光灵敏度差3.噪声大隔行扫描和逐行扫描隔行扫描逐行扫描行曝光和帧曝光行曝光帧曝光彩色摄像机－B a y e r彩色相机彩色摄像机－3L i n e s相机彩色摄像机－3C C D相机工业数字摄像机主要接口类型ØU s b2.0ØI E E E1394ØC a m e r a L i n kØG i g EU S B接口标准发布日期传输速率应用U s b1.01996年1.5M b p s N OU s b1.11998年12M b p s U s b鼠标、键盘、家用扫描仪、一些网络摄像机等U s b2.0H i g h-s p e e d2000年480M b p s80％的带宽用于图像传输，约38M BU s b3.0S u p e r-p e e d2008.084.8G b p s N OU S B接口特点ØU S B2.0带宽：480M b i t/s Ø支持热插拔Ø使用便捷Ø相机可通过U S B线缆供电U S B总线传输方式Ø等时(i s o c h r o n o u s)传输方式。
提供了确定的带宽和间隔时间，在传送数据发生错误时，U S B并不处理这些错误，而是继续传送新的数据；Ø中断(i n t e r r u p t)传输方式。
传输数据量小，以达到实时效果；Ø控制(c o n t r o l)传输方式。
双向传输，数据量也比较小；Ø批(b u l k)传输方式。
该方式用来传输要求正确无误的数据；在这4种数据传输方式中，除等时传输方式外，其他3种方式在数据传输发生错误时，都会试图重新发送数据以保证其准确性。
U S B传输距离U S B2.0，单根5m，加中继可达30mU S B接口的局限性Ø没有标准协议Ø主从(M a s t e r-s a l v e)结构，C P U占用率高Ø带宽没有保证U S B线I E E E1394－F i r e Wi r e接口标准发布日期传输速率特点及应用1394a I E E E1394-1995I E E E1394-2000400M b p s主要应用于视频传输领域；传输距离4.5m，单根线缆最长可达到17.5m，加中继可达70m，光纤传输则可达100m有标准D C A M协议,C P U占用低1394b I E E E1394-2002800M b p s1394c I E E E1394-2006I E E E1394-2008800M b p s 3.2G b p sØ带宽：400 Mbit/s（1394a），800 Mbit/s（1394b）Ø支持热插拔Ø点对点的通讯方式Ø支持DMA，不占CPUØ有保证的带宽，确保万无一失的数据传输Ø可通过1394总线供电I E E E1394特点I E E E1394总线特征Ø1394总线的“心跳”周期是125 µs (8 kHz)；Ø包长：1394总线每125 µs 发送的同步数据包尺寸。
I E E E1394总线特征I E E E1394总线特征I E E E1394传输距离Ø1394a，单根4.5m(S400)，加中继可达70m。
高质量的线缆可达17.5m(S400)(A V T)，如果调整到S100或S200，则传输距离可达25m，甚至更长；Ø1394b,单根10m(S800)；转网络传输，用C a t5线可达到100m(S100)，使用C a t6线，在S400情况下可达60m；转光纤传输，可达500m(S400/S800)；直接光纤传输100m(S800)(A V T P i k e和S t i n g r a y系列)D C A M/I I D C规范规范定义了未经压缩的视频数据在1394总线中的传输方式。
Ø在摄像机寄存器层定义了大量的地址。
Ø定义了多种固定的视频格式和外部信号的动作。
Ø允许摄像机生产商自行定义摄像机的“高级特性”1394线缆CameraLinkØ是由A I A协会推出的数字图像信号通讯接口协议，是一种串行通讯协议；Ø采用L V D S接口标准，该标准速度快、抗干扰能力强、功耗低；Ø是在N S M（N a t i o n a l S e m i c o n d u c t o r美国国家半导体制造商）的接口协议C h a n n e l L i n k基础上发展而来的；Ø协议使用M D R-26针连接器。
Channel LinkØC a m e r a l i n k使用28位C h a n n e l L i n k芯片；Ø4个数据流、1个时钟信号，通过5组L V D S线对传输；Ø传输24位图像数据和４位同步视频信号，包括：F r a m e V a l i d、L i n e V a l i d、D a t aV a l i d、S p a r e。
Channel LinkCameraLink架构ØBase ConfigurationØMedium Configuration ØFull Configuration Base ConfigurationØ数据量2.04G b i t/s(255M B/s)ØC h a n n e l L i n k芯片数:1；线缆数量：1Ø5个L V D S线对传输串行视频数据（24b i t s数据及４位视频同步信号，分别是：F V A L(帧有效)、L V A L（行有效）、D V A L（数据有效）、S p a r e（保留））一组同步信号Ø传送4个L V D S线对控制信号（c c1～c c4）Ø2个L V D S线对串口信号与相机通讯CameraLink架构CameraLink 架构Medium ConfigurationØ数据量4.08 G b i t /s (510 M B /s )ØC h a n n e l L i n k 芯片数：2 ；线缆数量：2Ø在B a s e 的基础上提供了额外的24b i t s 数据通道，用于传递图像数据，达到48b i t sCameraLink 架构Full ConfigurationØ数据量5.44G b i t /s (680 M B /s )ØC h a n n e l L i n k 芯片数：3 ；线缆数量：2Ø在M e d i u m 基础上提供额外的16b i t 数据带宽，达到64b i t sCameraLink 架构CameraLink 线缆连接简单Ø线缆紧凑简单（用5个线对可传28b i t s 数据）高带宽ØBase:250MB/s;Medium:510MB/s;Full:680MB/sCameraLink 优点GigE VisionØ由A I A （A u t o m a t e d I m a g i n g A s s o c i a t i o n ）创建并推广Ø适于工业成像应用，通过网络传输无压缩视频信号Ø第一个使用价格低廉线缆长距离传输图像的标准Ø即使是不同厂家的硬件和软件，只要符合G i g E V i s i o n 标准，也可以实现无缝的千兆网连接GigE Vision 的特点Ø高带宽（1000Mbps)，有效带宽100MB/s Ø单根网线传输100米的距离Ø标准的Gigabit Ethernet 硬件允许单个/多个相机连接到一台/多台电脑Ø价格低廉的线缆（CAT5e 或者CAT6e ）和标准的连接器，可以很容易进行集成，而且集成费用很低Ø具备较高的可升级性，可适应网络带宽的增长。