《机器视觉算法与应用》第2章 图像采集之相机——学习笔记

2.3 相机

相机的作用是将通过镜头聚焦于像平面的光线生成图像。相机中最重要的组成部件是数字传感器。

2.3.1 CCD传感器

电荷耦合器件图像传感器CCD（Charge Coupled Device），它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像。

面阵CCD： 允许拍摄者在任何快门速度下一次曝光拍摄移动物体。
面阵CCD的结构一般有3种。第一种是帧转性CCD。它由上、下两部分组成，上半部分是集中了像素的光敏区域，下半部分是被遮光而集中垂直寄存器的存储区域。其优点是结构较简单并容易增加像素数，缺点是CCD尺寸较大，易产生垂直拖影。第二种是行间转移性CCD。它是CCD的主流产品，它们是像素群和垂直寄存器在同一平面上，其特点是在1个单片上，价格低，并容易获得良好的摄影特性。第三种是帧行间转移性CCD。它是第一种和第二种的复合型，结构复杂，但能大幅度减少垂直拖影并容易实现可变速电子快门等优点。

线阵CCD： 用一排像素扫描过图片，做三次曝光——分别对应于红、绿、蓝 三色滤镜，正如名称所表示的，线性传感器是捕捉一维图像。初期应用于广告界拍摄静态图像，线性阵列，处理高分辨率的图像时，受局限于非移动的连续光照的物体。

2.3.2 CMOS传感器

CMOS传感器通常采用光电二极管作为光电探测器。图像每行中的像素通过模数转换器阵列并行地转化为数字信号。

相关链接：CCD传感器与CMOS传感器区别在哪里？

2.3.3 彩色相机

CCD和CMOS传感器对于近紫外200nm至可见光380~780nm直至近红外1100nm波长范围都有响应。传感器的光谱响应范围要比人眼范围广许多。

由于CCD和CMOS传感器对于整个可见光波段全部有响应，所以无法产生彩色图像。为了产生彩色图像，需要在传感器前面加上彩色滤镜阵列（color filter array,CFA）使得一定范围的光达到美国光电探测器。由于人眼对绿色最敏感，所以滤镜阵列中绿色采样频率是其它两种的两倍。

2.3.4 传感器尺寸

CCD和CMOS有许多生产尺寸，常以英寸表示。

为传感器选择镜头时必须使镜头的设计不小于传感器实际使用大小。如果不这样，传感器外围就没有光线达到，举个例子，1/2’'镜头就不可以用于2/3‘’的传感器。

2.3.5 相机性能

为了某特定应用选择摄像机时，首先需要能够比较不同摄像机的性能特点。