機器視覺應用的攝像頭設計

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

總體上說，機器視覺就是讓電子光學系統（攝像頭）連接至如計算機等處理單元，以進行圖像處理并對相關系統實現控制。換言之，機器視覺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單元、產品質量控制以及抓放設備等。

機器視覺要求什么？

機器視覺系統應當包括圖像感應器與透鏡系統，這通常整體稱作攝像系統，可需要通過火線、USB或以太網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，但視覺檢查軟件則形成了所有機器視覺系統的核心。通常由像素時鐘驅動的感應器將由用戶通過SPI 或 I2C 接口設置寄存器來配置分辨率、工作速度、增益控制、曝光時間以及集成時間。感應器可輸出幀同步和線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 接口來實現信號完整性。

機器視覺攝像頭的典型系統架構為：

1 離線處理功能的攝像頭

在機器視覺系統的上述配置中，包含獨立的攝像頭，它采用業界標準的電氣接口，如火線、USB 或千兆以太網等。可單獨對攝像頭供電，并可通過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作觸發模式，需要外部系統通常以 CMOS 級向攝像頭系統發送電子脈沖。攝像頭邏輯將啟動一個幀集成，并通過電氣接口將掃描的數據發送至主機。在某些情況下，原始數據通過總線與同步信號、時鐘和數據一起發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行存取以處理和控制。