根據不同感光晶片劃分 

我們知道感光晶片是攝像機的核心部件,目前攝像機常用的感光晶片有CCD和CMOS兩種: 

1.CCD攝像機,CCD稱為電荷耦合器件,CCD實際上只是一個把從影象半導體中出來的電子有組織地儲存起來的方法。 

2.CMOS攝像機,CMOS稱為“互補金氧半導體”,CMOS實際上只是將電晶體放在矽塊上的技術,沒有更多的含義。 

儘管CCD表示“電荷耦合器件”而CMOS表示“互補金氧半導體”,但是不論CCD或者CMOS對於影象感應都沒有用,真正感應的感測器稱做“影象半導體”,CCD和CMOS感測器實際使用的都是同一種感測器“影象半導體”,影象半導體是一個P N結合半導體,能夠轉換光線的光子爆炸結合處成為成比例數量的電子。電子的數量被計算訊號的電壓,光線進入影象半導體得越多,電子產生的也越多,從感測器輸出的電壓也越高。 

因為人眼能看到1Lux照度(滿月的夜晚)以下的目標,CCD感測器通常能看到的照度範圍在0.1~3Lux,是CMOS感測器感光度的3到10倍,所以目前一般CCD攝像機的影象質量要優於CMOS攝像機。 

CMOS可以將光敏元件、放大器、A/D轉換器、儲存器、數字訊號處理器和計算機介面控制電路整合在一塊矽片上,具有結構簡單、處理功能多、速度快、耗電低、成本低等特點。CMOS攝像機存在成像質量差、像敏單元尺寸小、填充率低等問題,1989年後出現了“有源像敏單元”結構,不僅有光敏元件和像敏單元的定址開關,而且還有訊號放大和處理等電路,提高了光電靈敏度、減小了噪聲,擴大了動態範圍,使得一些引數與CCD攝像機相近,而在功能、功耗、尺寸和價格方面要優於CCD,逐步得到廣泛的應用。CMOS感測器可以做得非常大並有和CCD感測器同樣的感光度,因此非常適用於特殊應用。CMOS感測器不需要複雜的處理過程,直接將影象半導體產生的電子轉變成電壓訊號,因此就非常快,這個優點使得CMOS感測器對於高幀攝像機非常有用,高幀速度能達到400到100000幀/秒。 

按輸出影象訊號格式劃分 

模擬攝像機 

模擬攝像機所輸出的訊號形式為標準的模擬量視訊訊號,需要配專用的影象採集卡才能轉化為計算機可以處理的數字資訊。模擬攝像機一般用於電視攝像和監控領域,具有通用性好、成本低的特點,但一般解析度較低、採集速度慢,而且在影象傳輸中容易受到噪聲干擾,導致影象質量下降,所以只能用於對影象質量要求不高的機器視覺系統。常用的攝像機輸出訊號格式有: 

PAL(黑白為CCIR),中國電視標準,625行,50場 
NTSC(黑白為EIA),日本電視標準,525行,60場 
SECAM 
S-VIDEO 
分量傳輸 

數字攝像機 

數字攝像機是在內部集成了A/D轉換電路,可以直接將模擬量的影象訊號轉化為數字資訊,不僅有效避免了影象傳輸線路中的干擾問題,而且由於擺脫了標準視訊訊號格式的制約,對外的訊號輸出使用更加高速和靈活的數字訊號傳輸協議,可以做成各種解析度的形式,出現了目前數字攝像機百花齊放的形勢。常見的數字攝像機影象輸出標準有: 

IEEE1394 
USB2.0 
DCOM3 
RS-644 LVDS 
Channel Link LVDS 
Camera Link LVDS 
千兆網 

按像元排列方式劃分 

面陣攝像機 

面陣攝像機是我們常見的形式,其像元是按行列整齊排列的,每個像元對應影象上的一個畫素點,我們一般所說的解析度就是指像元的個數。需要指出的是我們計算機中的彩色影象一般是每個畫素點由R、G、B三個值來表示,但我們一般的彩色攝像機卻並不是這樣的,下面分別進行介紹: 

黑白攝像機,每個畫素點對應一個像元,該像元對於各種波長的光具有較一致的敏感度,採集得到的只是每個畫素點的灰度值。 

採用BAYER轉化的單片彩色攝像機,這種攝像機的每個畫素點實際只對應R、G、B三種之一的像元,R、G、B三種像元按一定的規律排列,我們實際所得到的每個畫素點的R、G、B三原色的數值是根據該畫素點及其周圍若干點的三色數值進行BAYER插分計算而來的,所以這種攝像機所得到的影象往往不能得到很好的彩色效果,尤其是對應邊緣位置會有較明顯的色彩失真和細節的丟失。目前我們常見的彩色攝像機一般是這種形式的,其價格和同檔次的黑白攝像機相近。

BAYER彩色攝像機原理圖

3CCD彩色攝像機,這種攝像機每個畫素點對應有R、G、B三個感光元件,採用分光稜鏡將入射光線分別折射到三個CCD靶面上,分別進行光電轉換得到R、G、B三色的數值(見下圖)。這種攝像機得到的影象質量好,沒有細節丟失的問題,但由於攝像機結構複雜,所以一般較昂貴。另外由於這種攝像機採用了分光稜鏡的方式,光線到達每個CCD靶面的光程是不一樣的,所以需要鏡頭做針對性的設計才能達到比較好的影象效果,所以使用3CCD的攝像機還需要配備專用的鏡頭。

3CCD彩色攝像機原理圖

線陣攝像機 

線陣攝像機是一種比較特殊的形式,其像元是一維線狀排列的,即只有一行像元,每次只能採集一行的影象資料,只有當攝像機與被攝物體在縱向相對運動時才能得到我們平常看到的二維影象。所以在機器視覺系統中一般用於被測物連續運動的場合,尤其適合於運動速度較快、解析度要求較高的情況。 

黑白攝像機,也是最常用的線陣攝像機,每個畫素點對應一個像元,採集得到的是灰度影象。 

3Line彩色攝像機,該攝像機的具有R、G、B三行像元,分別對紅、綠、蘭三種波長的光敏感,所以每個畫素點都會對應R、G、B三個通道的數值,形成彩色的影象資料。需要注意的是,由於R、G、B三行像元在同一時刻所採集的並非同一位置的資訊(見圖),在實際應用中需要進行運動校正才能得到所需的彩色影象。一般的攝像機都提供內部進行運動校正處理的功能,但對於對比度非常高的影象邊緣還是容易出現色彩失真的現象。

3CCD彩色攝像機,與面陣的3CCD攝像機原理相同,採用分光稜鏡將入射光線分別折射到三個CCD靶面上,分別進行光電轉換得到R、G、B三色的數值。影象質量好,但需配備專用鏡頭。

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