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四大类面阵工业相机之特点

作 者:康耐德智能关注:478发表时间:2018-07-13 10:23:18来源:原创

工业相机是机器 视觉系统必不可少的核心组件,其也有很多不同的类别和不同的分类标准。而按其传感器的结构特性不同,工业相机可以分为面阵相机与线阵相机两种。其中,面阵相机是以面为单位来进行图像采集的成像工具,可以一次性获取完整的目标图像,具有测量图像直观的优势,在目标物体的形状、尺寸,甚至温度等方面的测量应用上发挥着至关重要的成像作用。


面阵相机按照其图像传感器的结构或排列方式的不同,分为帧转移、隔列转移、线转移以及全帧转移四种类型,而每种类型的面阵相机都有着各自的特点。


1、帧转移面阵相机

帧转移面阵相机的CCD图像传感器是由成像区、暂存区和水平移位寄存器这三部分构成的,成像区是由并行排列的若干个电荷耦合沟道组成的,暂存区的结构和单元数目都与成像区相同,暂存区与水平移位寄存器均被金属铝所遮蔽。在使用帧转移面阵相机进行成像时,被摄目标物体会经物镜成像到传感器中的成像区,进入场正程,在此期间,被摄光学图像将转变成电荷包“图像”并进行累积。随后进入场逆程,此时,成像区中所积累的信号电荷会迅速转移到暂存区。再一次进入场正程后,暂存区与水平读出寄存器就会在这个阶段按行周期工作,在行逆程期间,暂存区的信号电荷会产生一行的平行移动,在行逆程结束进入行正程期间后,暂存区的电荷位置保持不变,水平读出寄存器输出一行视频信号,实现成像。帧转移面阵相机的特点就在于其结构简单、填充因子较大以及势阱容量较高,但快门速度不快等方面。


2、隔列转移面阵相机

隔列转移面阵相机的CCD图像传感器的成像单元是呈二维排列的,其中每列成像单元都会被遮光的读出寄存器及沟阻隔开,同时,成像单元与读出寄存器之间还有转移控制栅。隔列转移面阵相机是在PAL电视制式模式下进行工作的,在场正程期间,成像区会进行光积分,同时,移位寄存器会将每一列的信号电荷向水平移位寄存器中转移。进入场逆程期间后,转移栅上会产生一个正脉冲,再将成像区的信号电荷并行地转移到垂直寄存器中。转移到读出寄存器的光生电荷会向水平读出寄存器中转移,而水平读出寄存器就会快速地将其经输出放大器输出,然后在输出端得到与光学图像对应的一行行的视频信号,完成整个成像过程。隔列转移面阵相机与帧转移面阵相机相比,转移速度较快,但像元密度较低。


3、线转移面阵相机

线转移面阵相机的CCD图像传感器与前面两种相机相比,取消了存储区,多了一个线寻址电路。其成像单元是一行行地紧密排列成面阵的,与帧转移面阵相机CCD的成像区类似,但其每一行都有确定的地址。线转移面阵相机的CCD图像传感器中没有水平读出寄存器,只有一个垂直放置的输出移位寄存器,当线寻址电路选中某一行成像单元时,驱动脉冲就会将该行的光生电荷包移入输出寄存器,再由输出寄存器经输出放大器输出,从而完成成像。线转移面阵相机具有有效光敏面积大、转移速度快、转移效率高的优势,但电路较为复杂也使得其应用范围受到了很大的限制。


4、全帧转移面阵相机

相比之下,全帧转移面阵相机的CCD图像传感器的结构就相对简单多了,其没有暂存区,也没有垂直移位寄存器。它提供了很多的填充因子,每个像元既可以收集光电荷,又能实现电荷转移。在电荷输出的过程中,电荷逐行向下行移动,依次输出,因此在电荷输出时需要机械快门进行遮光。全帧CCD提供了很大的满阱容量,但由于顺序输出使帧频受到限制,同时在电荷垂直下移过程中要考虑抗光晕问题。全帧转移面阵相机很大一部份的特点就在于其体积小,可以微型化,非常适合应用于医用以及工业电子内窥镜中。


面阵CCD相机的优点是可以获取二维图像信息,测量图像直观,因此有着广泛的应用,如面积、形状、尺寸、位置,甚至温度等的测量等。


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