面陣相機原理及應用
工業相機是機器視覺系統必不可少的核心組件，根據不同的類別有不同的分類標準。比如按感測器的結構特性分類，可分為面陣相機與線陣相機兩種。其中，面陣相機是以面為單位來進行圖像採集，可以一次性獲取完整的目標圖像，並能及時進行圖像採集的相機。在目標物體的形狀、尺寸，位置等方面的應用上發揮著至關重要的成像作用。
隨著技術的發展和需要，面陣相機按照其圖像感測器的結構或排列方式的不同，分為幀轉移、隔列轉移、線轉移以及全幀轉移四種類型，每種類型都有著各自的特點。
1、幀轉移面陣相機
幀轉移面陣相機的CCD圖像感測器是由成像區、暫存區和水平移位寄存器這三部分構成的。成像區是由並行排列的若干個電荷耦合溝道組成的，暫存區的結構和單元數目都與成像區相同，暫存區與水平移位寄存器均被金屬鋁所遮蔽。
幀轉移面陣相機的特點就在於其結構簡單、填充因子較大以及勢阱容量較高，但快門速度不快等方面。
2、隔列轉移面陣相機
隔列轉移面陣相機的CCD圖像感測器的成像單元是呈二維排列。其中每列成像單元都會被遮光的讀出寄存器及溝阻隔開，成像單元與讀出寄存器之間還有轉移控制柵。
隔列轉移面陣相機是在PAL電視制式模式下進行工作的，最終在輸出端得到與光學圖像對應的視頻信號，完成成像過程。隔列轉移面陣相機與幀轉移面陣相機相比，轉移速度較快，但像元密度較低。
3、線轉移面陣相機
線轉移面陣相機的CCD圖像感測器與前面兩種相機相比，取消了存儲區，多了一個線定址電路。其成像單元是一行行地緊密排列成面陣的，與幀轉移面陣相機CCD的成像區類似，但其每一行都有確定的地址。
線轉移面陣相機具有有效光敏面積大、轉移速度快、轉移效率高的優勢，但電路較為複雜也使得其應用範圍受到了很大的限制。
4、全幀轉移面陣相機
相比之下，全幀轉移面陣相機的CCD圖像感測器的結構就相對簡單多了，其沒有暫存 區，也沒有垂直移位寄存器。它提供了最大的填充因子，每個像元既可以收集光電荷，又能實現電荷轉移。
全幀轉移面陣相機最大的特點就在於其體積小，可以微型化，非常適合應用於醫用以及工業電子內窺鏡中。
工作原理
CCD(Charge Coupled Device)，即感光耦合元件，應用中通常以百萬像素為基本單位。CCD主要材質為硅晶半導體，透過光電效應，由感光元件表面感應來源光線，從而轉換成儲存電荷的能力。
CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)，即互補性氧化金屬半導體。CMOS的材質主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導體，使其在CMOS上共存著帶N（帶正電）和P（帶負電）級的半導體，這兩個互補效應所產生的電流，經過處理後直接轉換成對應的數字信號。
CCD與CMOS感測器是當前被普遍採用的兩種圖像感測器，兩者都是利用感光二極體進行光電轉換，將圖像轉換為數字數據，主要差異是數字數據傳送的方式不同。
由於構造上的差異，兩者在性能上的表現有所不同，CCD的特色在於充分保持信號在傳輸時不失真，可以保持資料的完整性。CMOS的製程較簡單，沒有專屬通道的設計，必須先行放大再整合成像，容易產生圖像雜訊。
面陣相機的應用
面陣相機作為工業相機的一個類別，在機器視覺應用中也是很廣泛的。可以短時曝光，利於搶拍動態景物，也可以拍靜態景物。工作模式也是多樣化的，如連續模式、觸發模式、非同步複位模式等。每一種工作模式，都有著各自的應用優勢，對於機器視覺系統的應用也有著極大的促進作用。
由於面陣相機的各種優點，在機器視覺行業中，面陣相機的應用越來越廣泛，比如：
1、一維碼、二維碼的解碼、自動光學檢查。
2、模式識別，色彩和瑕疵檢測。
3、產品質量等級分類
4、印刷品質量自動化檢測
5、文字識別
6、紋理識別
面陣相機和鏡頭選型
比如被檢測物體大小為A*B,要求能夠分辨小於C的精度，工作距為D 。則選型：
1. 短邊對應的像素數 E = B/C，相機長邊和短邊的像素數都要大於E。
2. 像元尺寸 = 物體短邊尺寸B / 所選相機的短邊像素數。
3. 放大倍率 = 所選相機晶元短邊尺寸 / 相機短邊的視野範圍。
4. 物體精度 = 像元尺寸 / 放大倍率 （判斷是否小於C）。
5. 物鏡的焦距 = 工作距離 / (1+1 / 放大倍率)， 單位：mm。
6. 像面的解析度要大於 1 / (2*0.1*放大倍率) ，單位：lpmm 。
以上只針對鏡頭的主要參數進行計算選擇，其他如畸變、景深環境等，可根據實際要求進行選擇。
