工業(yè)相機作為機器視覺系統(tǒng)中的核心部件，對于機器視覺系統(tǒng)的重要性是不言而喻的。按照分類的不同，相機又分為很多種：
1、彩色相機、黑白相機：
黑白相機直接將光強信號轉(zhuǎn)換成圖像灰度值，生成的是灰度圖像；彩色相機能獲得景物中紅、綠、藍(lán)三個分量的光信號，輸出彩色圖像。彩色相機能夠提供比黑白相機更多的圖像信息。彩色相機的實現(xiàn)方法主要有兩種，棱鏡分光法和Bayer濾波法。棱鏡分光彩色相機，利用光學(xué)透鏡將入射光線的R、G、B分量分離，在三片傳感器上分別將三種顏色的光信號轉(zhuǎn)換成電信號，最后對輸出的數(shù)字信號進(jìn)行合成，得到彩色圖像。
2、CCD相機、CMOS相機
芯片主要差異在于將光轉(zhuǎn)換為電信號的方式。對于CCD傳感器，光照射到像元上，像元產(chǎn)生電荷，電荷通過少量的輸出電極傳輸并轉(zhuǎn)化為電流、緩沖、信號輸出。對于CMOS傳感器，每個像元自己完成電荷到電壓的轉(zhuǎn)換，同時產(chǎn)生數(shù)字信號。
3、按靶面類型分類：面陣相機、線陣相機
相機不僅可以根據(jù)傳感器技術(shù)進(jìn)行區(qū)分，還可以根據(jù)傳感器架構(gòu)進(jìn)行區(qū)分。有兩種主要的傳感器架構(gòu)：面掃描和線掃描。面掃描相機通常用于輸出直接在監(jiān)視器上顯示的場合。線掃描相機用于連續(xù)運動物體成像或需要連續(xù)的高分辨率成像的場合。線掃描相機的一個自然的應(yīng)用是靜止畫面（Web Inspection）中要對連續(xù)產(chǎn)品進(jìn)行成像，比如紡織、紙張、玻璃、鋼板等。同時，線掃描相機同樣適用于電子行業(yè)的非靜止畫面檢測。像德國Kappa相機根據(jù)它CCD的規(guī)格也會有線陣、面陣之分。
4、按輸出模式分類：模擬相機、數(shù)字相機
根據(jù)相機數(shù)據(jù)輸出模式的不同分為模擬相機和數(shù)字相機，模擬相機輸出模擬信號，數(shù)字相機輸出數(shù)字信號。模擬相機和數(shù)字相機還可以進(jìn)一步細(xì)分，比如德國Kappa相機按數(shù)據(jù)接口又包括：USB 2.0接口、EE 1394 a / Fire Wire、Camera Link 接口、千兆以太網(wǎng)接口。模擬相機分為逐行掃描和隔行掃描兩種，隔行掃描相機又包含EIA、NTSC、CCIR、PAL等標(biāo)準(zhǔn)制式。有關(guān)接口技術(shù)的詳細(xì)介紹請參考采集卡及采集技術(shù)部分。
在選擇一款工業(yè)數(shù)字相機時，物體成像的速度必須充分考慮好。例如，假設(shè)在拍攝過程中，物體在曝光中沒有移動，可用相對簡單和便宜的工業(yè)相機；對于靜止或緩慢移動的物體，面陣工業(yè)相機最適合于對靜止或移動緩慢的物體成像。因為整個面陣區(qū)域必須一次曝光，在曝光時間當(dāng)中任何的移動會導(dǎo)致圖像的模糊，但是，運動模糊可以通過減少曝光時間或使用閃光燈來控制；對于快速移動的物體，當(dāng)對運動的物體使用一個面陣工業(yè)相機時，需要考慮在曝光時間當(dāng)中處于工業(yè)相機當(dāng)中的運動對象數(shù)量，還需要考慮物體上能用一個像素表征的最小特征，也就是對象分辨率，在采集運動物體的圖像的拇指規(guī)則就是曝光必須發(fā)生在采集物體移動量小于一個像素的時間內(nèi)。如果你采集的物體是在以1厘米/秒的速度勻速移動，而且物體分辨率已經(jīng)設(shè)置為1 pixel/mm，那么需要的最大曝光時間是1/10每秒。因為物體移動一個距離恰好等于相機傳感器中的一個像素，當(dāng)使用最大曝光時間時這里會有一定數(shù)量的模糊。在這種情況下，一般傾向于將曝光時間設(shè)置的比最大值要快，比如1/20每秒，就能保持物體在移動半個像素內(nèi)成像。如果同樣的物體以1厘米/秒的速度移動，物體分辨率為1 pixel/微米，那么一秒中所需要的最大曝光是1/10000.曝光設(shè)置的對快取決于所采用的相機，還有你是否能夠給物體足夠的光來獲得一幅好的圖像。

為特定的應(yīng)用場合選擇合適的工業(yè)鏡頭時必須考慮以下因素：
? 視野 - 被成像區(qū)域的大小。
? 工作距離 (WD) - 攝像機鏡頭與被觀察物體或區(qū)域之間的距離。 
? CCD - 攝像機成像傳感器裝置的尺寸。

? 這些因素必須采取一致的方式對待。如果在測量物體的寬度，則需要使用水平方向的 CCD 規(guī)格，等等。如果以英寸為單位進(jìn)行測量，則以英尺進(jìn)行計算，最后再轉(zhuǎn)換為毫米。

參考如下例子：有一臺 1/3” C 型安裝的 CDD 攝像機（水平方向為 4.8 毫米）。物體到鏡頭前部的距離為 12”（305 毫米）。視野或物體的尺寸為2.5”（64 毫米）。換算系數(shù)為 1” = 25.4 毫米（經(jīng)過圓整）。
 
FL = 4.8 毫米 x 305 毫米 / 64 毫米
FL = 1464 毫米 / 64 毫米
FL = 按 23 毫米鏡頭的要求
FL = 0.19” x 12” / 2.5”
FL = 2.28” / 2.5”
FL = 0.912” x 25.4 毫米/inch
FL = 按 23 毫米鏡頭的要求
注：勿將工作距離與物體到像的距離混淆。工作距離是從鏡頭前部到被觀察物體之間的距離。而物體到像的距離是 CCD 傳感器到物體之間的距離。計算要求的鏡頭焦距時，必須使用工作距離。

       CCD和CMOS在制造上的主要區(qū)別是CCD是集成在半導(dǎo)體單晶材料上，而CMOS是集成在被稱做金屬氧化物的半導(dǎo)體材料上，工作原理沒有本質(zhì)的區(qū)別。CCD只有少數(shù)幾個廠商例如索尼、松下等掌握這種技術(shù)。而且CCD制造工藝較復(fù)雜，采用CCD的攝像頭價格都會相對比較貴。事實上經(jīng)過技術(shù)改造，目前 CCD和CMOS的實際效果的差距已經(jīng)減小了不少。而且CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD不少，所以很多攝像頭生產(chǎn)廠商采用的CMOS感光元件。成 像方面：在相同像素下CCD的成像通透性、明銳度都很好，色彩還原、曝光可以保證基本準(zhǔn)確。而CMOS的產(chǎn)品往往通透性一般，對實物的色彩還原能力偏弱，曝光也都不太好，由于自身物理特性的原因，CMOS的成像質(zhì)量和CCD還是有一定距離的。但由于低廉的價格以及高度的整合性，因此在攝像頭領(lǐng)域還是得到了廣泛的應(yīng)用。

       CCD是目前比較成熟的成像器件，CMOS被看作未來的成像器件。因為CMOS結(jié)構(gòu)相對簡單，與現(xiàn)有的大規(guī)模集成電路生產(chǎn)工藝相同，從而生產(chǎn)成本可以降低。從原理上，CMOS的信號是以點為單位的電荷信號，而CCD是以行為單位的電流信號，前者更為敏感，速度也更快，更為省電?，F(xiàn)在高級的CMOS并不比一般CCD差，但是CMOS工藝還不是十分成熟，普通的CMOS一般分辨率低而成像較差。

       CCD或CMOS，基本上兩者都是利用矽感光二極體（photodiode）進(jìn)行光與電的轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換的原理與各位手上具備“太陽電能”電子計算機的“太陽能 電池”效應(yīng)相近，光線越強、電力越強；反之，光線越弱、電力也越弱的道理，將光影像轉(zhuǎn)換為電子數(shù)字信號。

       比較CCD和CMOS的結(jié)構(gòu)，ADC的位置和數(shù)量是最大的不同。簡單的說，按我們在上一講“CCD 感光元件的工作原理（上）”中所提之內(nèi)容。CCD每曝光一次，在快門關(guān)閉后進(jìn)行像素轉(zhuǎn)移處理，將每一行中每一個像素（pixel）的電荷信號依序傳入“緩 沖器”中，由底端的線路引導(dǎo)輸出至CCD 旁的放大器進(jìn)行放大，再串聯(lián)ADC輸出；相對地，CMOS的設(shè)計中每個像素旁就直接連著ADC（放大兼類比數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器），訊號直接放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。

兩者優(yōu)缺點的比較

CCD與CMOS

       由于構(gòu)造上的基本差異，我們可以列出兩者在性能上的表現(xiàn)之不同。CCD的特色在于充分保持信號在傳輸時不失真（專屬通道設(shè)計），透過每一個像素集合至單一放大器上再做統(tǒng)一處理，可以保持資料的完整性；CMOS的制程較簡單，沒有專屬通道的設(shè)計，因此必須先行放大再整合各個像素的資料。

       整體來說，CCD與CMOS兩種設(shè)計的應(yīng)用，反應(yīng)在成像效果上，形成包括ISO感光度、制造成本、解析度、噪點與耗電量等，不同類型的差異：

       ISO感光度差異：由于CMOS每個像素包含了放大器與A/D轉(zhuǎn)換電路，過多的額外設(shè)備壓縮單一像素的感光區(qū)域的表面積，因此相同像素下，同樣大小之感光器尺寸，CMOS的感光度會低于CCD。

       成本差異：CMOS應(yīng)用半導(dǎo)體工業(yè)常用的MOS制程，可以一次整合全部周邊設(shè)施于單晶片中，節(jié)省加工晶片所需負(fù)擔(dān)的成本和良率的損失；相對地CCD采用電荷傳遞的方式輸出資訊，必須另辟傳輸通道，如果通道中有一個像素故障（Fail），就會導(dǎo)致一整排的訊號壅塞，無法傳遞，因此CCD的良率比CMOS低，加上另辟傳輸通道和外加ADC等周邊，CCD的制造成本相對高于CMOS。

       解析度差異：在第一點“感光度差異”中，由于CMOS每個像素的結(jié)構(gòu)比CCD復(fù)雜，其感光開口不及CCD大，相對比較相同尺寸的CCD與CMOS感光器時，CCD感光器的解析度通常會優(yōu)于CMOS。不過，如果跳脫尺寸限制，目前業(yè)界的CMOS感光原件已經(jīng)可達(dá)到1400萬像素/全片幅的設(shè)計，CMOS技術(shù)在量率上的優(yōu)勢可以克服大尺寸感光原件制造上的困難，特別是全片幅24mm-by-36mm這樣的大小。

       噪點差異：由于CMOS每個感光二極體旁都搭配一個ADC放大器，如果以百萬像素計，那么就需要百萬個以上的ADC放大器，雖然是統(tǒng)一制造下的產(chǎn)品，但是每個放大器或多或少都有些微的差異存在，很難達(dá)到放大同步的效果，對比單一個放大器的CCD，CMOS最終計算出的噪點就比較多。

       耗電量差異：CMOS的影像電荷驅(qū)動方式為主動式，感光二極體所產(chǎn)生的電荷會直接由旁邊的電晶體做放大輸出；但CCD卻為被動式，必須外加電壓讓每個像素中的電荷移動至傳輸通道。而這外加電壓通常需要12伏特（V）以上的水平，因此CCD還必須要有更精密的電源線路設(shè)計和耐壓強度，高驅(qū)動電壓使CCD的電量遠(yuǎn)高于CMOS。