关于相机选型的一些参数说明

上一篇：关于相机的一些参数计算（靶面、视野等）

目录

• 1.卷帘快门和全局快门
• • [1.1 卷帘快门](#1.1 卷帘快门)
  • [1.2 全局快门](#1.2 全局快门)
  • PS：视觉伺服与快门选择
• 2.黑白和彩色
• 3.CCD和CMOS
• • [3.1 CCD](#3.1 CCD)
  • [3.2 CMOS](#3.2 CMOS)
  • [CCD VS CMOS](#CCD VS CMOS)
• 4.面阵和线扫
• • [4.1 面阵](#4.1 面阵)
  • [4.2 线扫](#4.2 线扫)
  • [4.3 面阵 VS 线扫](#4.3 面阵 VS 线扫)
• 5.分辨率

1.卷帘快门和全局快门

参考：https://blog.csdn.net/abcwoabcwo/article/details/93099982

卷帘快门（Rolling Shutter）和全局快门（Global Shutter）是两种常见的摄像头快门类型，它们在图像采集时对时间的控制方式有所不同，影响着图像的拍摄效果和适用场景。以下是这两种快门的详细解释：

1.1 卷帘快门

卷帘快门 (Rolling Shutter)是一种逐行扫描的快门方式，在该模式下，图像的每一行是依次曝光的，而不是在同一时刻对整个图像进行曝光。具体过程如下：

• 曝光方式：图像从上到下逐行曝光。摄像头传感器的每一行像素都在不同的时间点上进行曝光，通常是由上到下逐行读取的。
• 优点：卷帘快门通常能减少硬件成本，因为其实现原理简单，适用于许多消费级数码相机和手机摄像头。
• 缺点：由于曝光时间在不同像素行之间存在时间差，快速运动物体或高速运动的场景可能导致图像变形（例如"果冻效应"）。当物体移动得非常快时，图像中的垂直线条可能出现倾斜或者弯曲的现象。
• 适用场景：适合静态或者低速运动场景，不适合高速运动或者需要精确时间控制的场景。

1.2 全局快门

全局快门(Global Shutter)则是在一个时刻对整个图像的所有像素进行曝光。其工作原理是，传感器上的所有像素在同一时间点开始曝光，并且在同一时间点结束曝光。

• 曝光方式：所有像素同时开始曝光，且同时结束曝光，整个图像是瞬间捕捉的。
• 优点：由于所有像素都在同一时刻曝光，避免了卷帘快门中可能出现的时间差异，因此不会出现"果冻效应"或其他因运动物体引起的图像变形。适用于快速运动或需要精确同步的场景。
• 缺点：全局快门的硬件实现相对复杂，通常成本较高。由于其技术要求较高，因此目前全局快门多见于高端相机、专业摄影设备和一些工业应用中。
• 适用场景：适用于高速运动场景或需要精确图像同步的情况，如工业检测、高速摄影、机器视觉等。

PS：视觉伺服与快门选择

视觉伺服系统（Visual Servoing）是利用视觉信息来控制机器人的一种控制技术，广泛应用于机器人导航、抓取、定位等任务中。视觉伺服的准确性和响应速度对相机的快门类型要求较高，尤其是在处理动态或高速场景时。

• 需要全局快门的原因：视觉伺服系统通常要求快速、准确地捕捉物体的位置变化，尤其是在运动物体的情况下。如果使用卷帘快门，由于每一行的曝光时间不同，可能会导致图像畸变，进而影响视觉伺服的精度和响应速度。而全局快门能够确保在同一时刻获得整个场景的图像，从而保证图像的清晰度和准确性，减少运动物体带来的影响。
• 结论：视觉伺服系统在高速运动、动态物体追踪等场景中通常需要使用全局快门。这样可以确保整个图像在同一时刻被曝光，避免了由于卷帘快门引起的畸变和误差，从而提高系统的精度和稳定性。

2.黑白和彩色

默认普通的工业相机都是黑白，一般情况下不会用彩色相机，大多数工业相机使用黑白图像是因为黑白成像对比度更高，图像处理更简单，且在低光照条件下表现更好。黑白相机能够提供更清晰、更精准的细节，特别是在需要高分辨率和高速处理的应用中，减少了颜色处理的复杂度和数据量。

除非有以下需求：

• 1.需要根据颜色做判定、需要根据彩色做区分与判定
• 2.图像算法需要彩色图像作为输入

3.CCD和CMOS

3.1 CCD

原理： CCD（电荷耦合器件）传感器通过光电效应将图像转化为电荷。每个像素接收光线并将光能转化为电荷，然后通过电荷耦合的方式将电荷逐步传输到输出端。传感器的输出信号通过模拟电路处理，最终转化为数字图像。

• 特点 ：
  图像质量： CCD传感器通常提供更高的图像质量，特别是在低光环境下，具有较低的噪声。
• 成像均匀性： 因为每个像素的电荷被逐一传输，CCD通常能够提供更一致的光照响应。
• 功耗： CCD需要外部电压源和较高的功耗，通常比CMOS传感器更耗电。
• 速度： CCD的图像读取速度较慢，处理图像的时间长，适合静态或低速应用。

CCD传感器通常用于对图像质量要求较高、低光照下需要较好表现的应用，比如天文望远镜、高端数码相机和一些工业检测设备。

3.2 CMOS

原理： CMOS（互补金属氧化物半导体）传感器每个像素点上都包含一个独立的放大器和转换电路，可以直接将光信号转化为数字信号。与CCD不同，CMOS在每个像素点上进行信号处理，而不需要将电荷传递到外部电路。

• 特点 ：
  图像质量： 虽然现代CMOS传感器的图像质量有了很大的提升，但与CCD相比，CMOS在低光环境下的噪声可能略高。
• 功耗： CMOS传感器具有较低的功耗，因为它们只需要较低的电压驱动，而且每个像素点的处理是局部完成的。
• 速度： CMOS传感器的读取速度较快，适合用于高速拍摄或实时视频。
• 集成度： CMOS技术易于与其他电路集成，例如处理器、信号转换器等，因此可以在小型设备中使用。

CMOS传感器则适用于高速成像、低功耗和成本较为敏感的应用，如智能手机、监控摄像头和嵌入式设备。

CCD VS CMOS

4.面阵和线扫

4.1 面阵

面阵（Area Scan）传感器是一种二维图像传感器，每个像素对应于图像的一个点，传感器以"区域扫描"的方式一次性捕捉整个场景的图像。

• 工作原理： 面阵传感器通过一个固定的二维像素阵列（通常是矩阵形式）来同时记录图像中的所有像素点，类似于一张完整的照片。
• 特点 ：
  可以一次性捕获整个图像。
  适合静态图像捕捉，通常用于拍照或静态场景的扫描。
  一次性获取的图像较完整，分辨率较高，适用于精细的图像处理。
• 应用场景 ：
  数码相机、手机摄像头
  安全监控系统
  机器视觉中的静态检测（如尺寸测量、表面缺陷检查）

面阵传感器适合需要一次性捕捉整个图像的场景，如数码相机拍照、监控视频等。

4.2 线扫

线扫（Line Scan）传感器是一种一维图像传感器，只有一行像素，图像采集是通过扫描一个接一个的图像行来完成的。

• 工作原理： 线扫传感器每次只能捕捉图像中的一行像素，图像捕捉是通过运动物体或扫描设备来逐行扫描的。图像的完整性依赖于物体或相机的运动。
• 特点 ：
  只能捕捉单行图像，需要物体或传感器的相对运动来形成完整的图像。
  可以对高速运动的物体进行拍摄，捕捉细节和动态画面。
  分辨率通常较高，尤其适合高速扫描和高精度检测。
• 应用场景 ：
  高速流水线检测（例如，产品缺陷检测、条形码扫描）
  高速印刷品检查
  机器视觉中的动态检测（如自动化生产线上的物品检查）

线扫传感器适合高速扫描和动态图像捕捉，特别是在生产线、质量控制、条形码扫描等需要精细检测的场合。

4.3 面阵 VS 线扫

线扫传感器通常在高速和大尺寸场景下的应用更具优势，而面阵传感器则在需要高分辨率静态图像时表现得更为出色。

5.分辨率