机器人视觉三维成像技术综述（机器视觉检测设备相机的成像原理）

机器视觉检测设备就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是指通过工业相机(即图像摄取装置，分 CMOS 和CCD 两种)将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号;图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。

　　机器视觉检测设备采用的是工业相机分黑白相机跟彩色相机，今天思普泰克要跟大家聊聊这两种相机的成像原理。

　　一、黑白相机成像原理

　　以CCD原理为例，CCD原理并不复杂。我们可以把它想象成一个顶部被打开的记忆芯片。因此光束可以射到记忆单元中。根据"光电效应”，这些光束在记忆单元中产生负电荷

　　曝光后，这些电荷被读出，进而被相机处理单元进行预处理。从相机处理单元输出的就是一幅数字图像。

　　二、彩色相机成像原理

　　CCD芯片将光子转换为电子，在这一过程当中，光子数目与电子数目互成比例。但光子还有另外一个特征值——波长(波长决定颜色)，而这条信息却没有在这个过程中被转换为电子。因此，从这个意义上说，CCD芯片都可以被称为色盲。所以彩色相机的成像稍微复杂些，目前主要有两种方式：三棱镜方式和滤光片方式，下面分别介绍：

机器视觉检测设备相机的成像原理

　　1、三棱镜方式：

　　为了获取光线的颜色信息，我们很容易想到用三棱镜将光束分成单色光，然后分别成像，对，三棱镜方式就是这个原理，如下图：

　　他将从镜头射入的光分成三束，每束光都由不同的内置光栅来过滤出某一种三原色，然后使用三块CCD分别感光。这些图象再合成出一个高分辨率、色彩精确的图象。如300万像素的相机就是由三块300万像素的CCD来感光。也就是可以做到同点合成，因此拍摄的照片清晰度相当高。该方法的主要困难在于其中包含的数据太多。在你照下一张照片前，必须将存储在相机的缓冲区内的数据清除并存盘。因此这类相机对其他部件的要求非常高，其价格自然也非常昂贵。

　　2、滤光片方式：

　　当然，为了获取光线的颜色信息，我们很容易想到用滤光片来实现，每个感光元件对应图像传感器中的一个像点，由于感光元件只能感应光的强度，无法捕获色彩信息，因此必须在感光元件上方覆盖彩色滤光片。在这方面，不同的传感器厂商有不同的解决方案，最常用的做法是覆盖RGB红绿蓝三色滤光片，以1：2：1的构成由四个像点构成一个彩色像素(即红蓝滤光片分别覆盖一个像点，剩下的两个像点都覆盖绿色滤光片)，采取这种比例的原因是人眼对绿色较为敏感。而索尼的四色CCD技术则将其中的一个绿色滤光片换为翡翠绿色(英文Emerald，有些媒体称为E通道)，由此组成新的R、G、B、E四色方案。不管是哪一种技术方案，都要四个像点才能够构成一个彩色像素。

　　思普泰克是一家集机器视觉检测设备研发、制造、销售于一体的企业，拥有70多名机器视觉系统高级研发人员及工业自动化工程师组成强大的研发团队，致力为生产制造业提供专业的机器视觉检测方案。