機器視覺(jué)應用的攝像頭設計

摘要：本文將探討機器視覺(jué)應用的 CMOS 圖像感應器技術(shù)及架構要求。此外，還將詳細分析機器視覺(jué)的基本組件，攝像頭為滿(mǎn)足應用需求需要哪些條件，以及如何設計出可滿(mǎn)足各種機器視覺(jué)應用需求、同時(shí)又能在圖像質(zhì)量與成本之間獲得平衡的攝像頭。

總體上說(shuō)，機器視覺(jué)就是讓電子光學(xué)系統（攝像頭）連接至如計算機等處理單元，以進(jìn)行圖像處理并對相關(guān)系統實(shí)現控制。換言之，機器視覺(jué)系統就是指能夠看到目標對象的系統或計算機。受計算機控制的系統可包括生產(chǎn)單元、產(chǎn)品質(zhì)量控制以及抓放設備等。

機器視覺(jué)要求什么？

機器視覺(jué)系統應當包括圖像感應器與透鏡系統，這通常整體稱(chēng)作攝像系統，可需要通過(guò)火線(xiàn)、USB或以太網(wǎng)等電氣接口連接到計算機，而計算機則連接至控制設備。

a) 攝像頭

b) 計算機（主機）

c) 幀接收器

d) 應用軟件

機器視覺(jué)應用需要結合軟、硬件才能確保成功工作。選擇適當的硬件固然重要，但視覺(jué)檢查軟件則形成了所有機器視覺(jué)系統的核心。通常由像素時(shí)鐘驅動(dòng)的感應器將由用戶(hù)通過(guò)SPI 或 I2C 接口設置寄存器來(lái)配置分辨率、工作速度、增益控制、曝光時(shí)間以及集成時(shí)間。感應器可輸出幀同步和線(xiàn)路同步脈沖以及待處理的數字數據。感應器的電氣接口為CMOS，可支持高達 200 MHz 的頻率。如果速度更高，則需要 LVDS 接口來(lái)實(shí)現信號完整性。

機器視覺(jué)攝像頭的典型系統架構為：

1 離線(xiàn)處理功能的攝像頭

在機器視覺(jué)系統的上述配置中，包含獨立的攝像頭，它采用業(yè)界標準的電氣接口，如火線(xiàn)、USB 或千兆以太網(wǎng)等?？蓡为殞z像頭供電，并可通過(guò)電氣接口將原始數據傳送至主機。視頻傳輸既可以是連續幀，也可以是單幀數據，具體取決于應用的需要。單幀捕獲與視頻傳輸被稱(chēng)作觸發(fā)模式，需要外部系統通常以 CMOS 級向攝像頭系統發(fā)送電子脈沖。攝像頭邏輯將啟動(dòng)一個(gè)幀集成，并通過(guò)電氣接口將掃描的數據發(fā)送至主機。在某些情況下，原始數據通過(guò)總線(xiàn)與同步信號、時(shí)鐘和數據一起發(fā)送給幀接收器等終端數據采集系統。幀接收器在存儲器中存儲數據，隨后可由主機應用軟件對數據進(jìn)行存取以處理和控制。