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数字摄像机基础知识
日期：
< br>2012
年
1
月
6
日
16:14
数字摄像机常见术语和参数介绍
传感器
传感器是摄像机的核心部件，
目前摄像机常用的感光芯片有
CCD
和
CMOS
两类。
1
< br>．
CCD
（电荷耦合器件）
目前常用
CCD
的有三种结构
,
全帧转移、帧传输和行转移。
?
行转移（
Interline
Transfer
）
在三种结构中，
行转移是最常使用的一种，多数中、低端产品都使用这种方式。
?
全帧转移（
Full frame
）
全帧转移结构最简单，感光区和存储区在一起，可获得
100
％的
fill factor
。缺点是为避免
图像漏光，在读
出时要阻止外界光线进入。这可以通过使用机械快门、使用频闪灯的方法
实现，或者使曝光时间远远大于读出
时间，以尽量减少漏光。
?
帧传输（
Frame
transfer
）
帧传输结构是感光区和存储区完全分开，且大小相等。曝光后
的信号电荷以非常快的速度（通常小于帧周
期的
1
％）
转移到存储区，
然后逐行输出。
很明显，
帧传输传感器可获得
100
< br>％的
fill factor
，
而且在读出过程中，
可对下一帧曝光。缺点是芯片尺寸大，成本高。
2
．
CMOS
（互补金属氧化物半导体）传感器
CMOS
传感器和
< br>CCD
传感器在感光部分原理是相同的，不同的是在每个像素单元中，除感光部分
外，还有放
大器和读出电路部分，整个
CMOS
传感器还集成了寻址电路、放大器和
A/D
。
3
．
CCD
和
CMOS
的主要
性能比较
?
满阱容量差异：由于
CMOS
传感器的每个像素包括一个感光二极管、放大器和读出电路，同时整
个传
感器还包括寻址电路和
A/D,
使
得每个像素的感光区域远小于像素本身的表面积，因此在像素尺寸相同
的情况下，
CMOS
传感器的满阱能力要低于
CCD
传感器。
?
<
/p>
成本差异：由于
CMOS
传感器采用一般
半导体电路最常用的
CMOS
工艺，可以轻易地将周边电路
(
如
AGC
、
CDS
、时序、或
DSP
< br>等
)
集成到传感器芯片中，因此可以节省外围芯片的成本
。
?
?
CMOS
传感器可以随机寻址，能够非常方便地仅将队列中感兴趣地部分读出，提高帧率。
<
/p>
噪声差异：由于
CMOS
传感器的每个感
光二极管都搭配一个放大器，而放大器属于模拟电路，很难让
每个放大器所得到的结果保
持一致，因此与只有一个放大器在水平寄存器输出端的
CCD
传
感器相比，
CMOS
传感器的噪声就会增加很多，影响图像品质
。
?
功耗
差异：
CMOS
传感器的功耗低于
CC
D
传感器。
线阵摄像机和面阵摄像机
上面介绍的都是面阵传感器，构成的摄像机称作面阵摄像机。感光单元（像素）按二维
阵列排列，阵列中的每个感光单元对应一个像素，被拍摄的目标的一个面
被成像，目标与摄像机之间可以是静
止的，也可以是相对运动的。
还有一类传感器，感光单元排列是一维的，每次曝光仅是目标上的一条线被成像，形
成一行图像，随着目标物
体与摄像机之间的相对运动，摄像机连续曝光，最后形成一幅二
维图像。这样的摄像机叫做线阵摄像机。当然
为保证采集的图像不变形，目标相对与摄像
机的运动应保持在一个方向。线阵摄像机每一行扫描的像素数可以
从
512-12000
，每行的曝光也可以与目标的运动速度无关，因此也适用于目标
运动速度变化的场合。
线阵摄像机适合于目标物体幅面大，或
缺陷尺寸微小的场合，如：印刷质量检测，
PCB
板检测，布匹
或棉花的
检测，颗粒（粮食、水果等）检测等。
彩色摄像机
1
．彩色面阵摄像机
构成彩色面阵摄像机的传感器有二种形式：
?
单片彩色摄像机，这种摄像机的传
感器只有一片。传感器上每个像素点分别对应
R
、
G
、
B
三种颜色中
的一种，
R
、
G
、
B
三种像元按一定的规律排列（如下图所示
），我们实际所得到的每个像素点的
R
、
G
、
B
三原色的数值是根据该像素点
及其周围若干点的像素值进行插值计算而来的，
彩色图像效果与采
用的差值算法密切相关，在颜色变化剧烈的边缘位置会有较明显的色彩失真和细节的丢失。目前我们
常见的彩色摄像机一般是这种形式的，其价格和同档次的黑白摄像机相近。
?
3CCD
彩色面阵摄像机，这种摄像机每个像素点对应有
R
、
G
、
B
三个感光元件，采
用分光棱镜将入射
光线分别折射到三个
CCD
< br>靶面上，分别进行光电转换得到
R
、
G
、
B
三色的数值（见下图）。这
种摄
像机得到的图像质量好，没有细节丢失的问题，但由于摄像机结构复杂，所以一般较
昂贵。另外由于
这种摄像机采用了分光棱镜的方式，
光线到达每
个
CCD
靶面的光程是不一样的，
所以
需要镜头做针对
性的设计才能达到比较好的图像效果，所以使用
3CCD
的摄像机还需要配备专用的镜头。
2
．彩色线阵摄像机
同样，构成彩色线阵摄像机的传感器也有二种形式。
?
3 Line
彩色摄像机，传感器的具有
R
、
G
、
B
三行像元，分别对红、绿、兰三种
波长的光敏感应，所以
每个像素点都会对应
R
< br>、
G
、
B
三个通道的数值，形成彩色的图像数据。需要注意的是，由于
R
、
G
、
B
三
行像元在同一时刻所采集的并非同一位置的信息（见图），在实际应用中需要进行空间校正才能
< br>得到所需的彩色图像。一般的摄像机都提供内部进行空间校正处理的功能，要取得质量良好的图像，
这类摄像机对自身安装精度和目标运动的稳定性都有一定的要求。
?
3CCD
彩色线阵摄像机，与面阵的
3CCD
摄像机原理相同，采用分光
棱镜将入射光线分别折射到三个
CCD
靶面上，分别进行光电转
换得到
R
、
G
、
B
三色的数值。图像质量好，但需配备专用镜头。
传感器分辨率和尺寸
传感器尺寸通常
以有效面积
(
宽度
×
< br>高度）或对角线尺寸（英寸）表示；分辨率通常以水平方向和垂直方向的像
素数或
套用计算机显示使用的方法表示。
对角线
有效面积
分辨率
1”
12.8
×
9.6
659 ×
494
VGA
2/3”
8.8 ×
6.6
1/1.8”
7.18
×
5.32
1/2”
6.4 ×
4.8
1034
×
779
XGA
1/2.7”
5.27
×
3.96
1
/3”
4.8 ×
3.6
1/4”
3.6
×
2.7
782 ×
582
SVGA
1392 ×
1040
SXGA
1628 ×
1236
UXGA
在实际应用中，摄像机、检测系统的分辨率与传感器的分辨率不同。摄像机的分辨率除传感器的分辨率因
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