2024年4月11日发(作者：淡尔竹)
工业相机硬件的基本构成及技术参数
谈到机器视觉系统，大家都会认同，正确的选择工业相机是设计整个机器视觉系统关键
的第一步。CCD工业相机生产工艺发展到今天，技术已经日趋完善，体积越来越小，成像时
间的控制越来越自如，快门速度越来越快、灵敏度越来越高、功耗越来越小。
今天，我们主要讨论最常用的工业相机－－单色CCD面扫描工业模拟信号相机的基本工
作原理及相关技术参数。
1、工业相机基本工作原理
工业相机一般都可以分为两大部分：图像获得部分、图像输出部分。近年来市场主流的
工业数字相机是将图像采集卡的模数（A/D)转换模块集成于相机之中，通过USB/1394/GigE
千兆网，直接传输到计算机进行处理。如MV-EM120C/M系列工业相机就是以GigE千兆网为
接口生产研发的工业数字相机，下面我们就以模拟相机为例，对工业相机的各个部分分别加
以讨论。
2、CCD的基本原理
面扫描式工业相机成像部分的核心，是CCD感光芯片。CCD感光芯是一片由许多光敏感
材料制成的像素，组合成二维面阵。此种光敏感性材料，可以将入射的光线中的光量子，转
变成电子，并累积成电荷。CCD曝光之后，工业相机再将CCD芯片中每一个像素的电荷，逐
行提出送入一个缓冲区。
我们在计算机内存中，从相机中得到的数字图象，就是系统把CCD每个像素中的电压通
过一系列处理，最终得到的一个数字化的数值。
另外有一个值得我们注意的问题：CCD对于不同波长的光有着不同的灵敏度（参见下图）。
从图中曲线的走向，大家可以发现CCD的两个特点：
①CCD对于波长500～600的光，即红色光，最为敏感。这就是为什么在实际应用中，
红色灯源被用的最为广泛；
②CCD对于红外线（波长小于500）仍有一定的敏感度。也就是说CCD极易受温度的影
响，因此CCD相机不宜在在高温环境下工作。一般，高级的CCD相机都装有红外消除滤片。
3、图像的获取
工业CCD相机中图像获取模块，实际上就是一片由光敏感性材料（矽氧化物）制造而成
的芯片。工业相机拍照时，快门打开，光线射入CCD芯片的感光部分。如果大家要详细的了
解工业相机的工作过程，可以参考Microvision系列工业相机的使用及开发说明，上面说到，
CCD芯片中的像素，将光能转换成电能，最终成为电压信号。此信号将从CCD芯片输送到相
机的下一个模块――图像输出模块。由于光敏感性物质感光的关键在于感光时间，由此可以
知道CCD相机的快门时间，就是其成像的关键参数。目前市场上的相机，都普遍设有机械及
电子快门两种选择。
4、图像的输出
在图像输出模块中，相机会产生出适用于图象处理的视频信号。而在产生视频信号的过
程当中，相机会按照不同标准生成不同制式的视频信号，如：CCIR、EIA、PAL等等。
下面简要介绍一下图像输出的过程：
图像获取模块完成了图像的获取，即CCD芯片已经感光完成。于是相机便从CCD芯片的
左上角开始逐行扫描。扫描从第一行的第一个像素起，取出第一个像素中的电压再扫描第二
个像素，累积了第二个像素中的电压后，开始扫描第三个。以此类推，将第一行所有像素全
部扫描过之后，便将整行像素的电压传输至缓冲区。接下来开始扫描CCD芯片的第三行。
CCD相机的扫描过程，是先扫描奇数行，即，1、3、5。。。，扫描过全部奇数行之后，并
将所有奇数行像素的信号，逐行存入缓冲区，到此第一个扫描场扫描过程结束；之后再开始
扫描全部的偶数行，即，2、4、6。。。，扫描完成，并同样逐行将偶数行信号存入缓冲区，完
成了第二个扫描场的扫描。完成以上两次（奇数行扫描场及偶数行扫描场）扫描，我们称相
机完成了一帧扫描，而这样的扫描方式叫作：隔行扫描，维视图像的VS-250DH系列工业相
机就是隔行扫描。
在一个扫描场扫描进行当中，上一行扫描结束在折返到下一行的过程中，相机会在两行
的信号之间加入一个脉冲信号，作为下一行起始的标志。当奇数行扫描场扫描完成，相机同
样会在偶数行扫描场开始扫描之前，在两个场信号之前加入一个信号，作为偶数行扫描场信
号起始的标志。
现在我们知道，扫描完成后，完整的一帧图像的信号，行与行、场与场之间都有信号分
隔。但像素与像素之间呢？每个CCD感光芯片，都有其特定的分辨率，即横向多少列纵向多
少行。因此相机在将每一行的电压信号转化为模拟视频信号时，是按CCD的分辨率把整行信
号分割，再作逐一转化。
讨论到此，我们就比较全面的了解了模拟工业相机的原理情况，因为模电是数电的基础，
那么工业数字相机就不难理解了。
与隔行扫描相机相对应的，逐行扫描相机（Progressive scan camera）已经普遍为业
内人士所使用，维视图像公司已有系列成熟的工业逐行相机产品为广大客户提供服务，那么
关于逐行扫描相机的详情，以后再另题讨论。
2024年4月11日发(作者：淡尔竹)
工业相机硬件的基本构成及技术参数
谈到机器视觉系统，大家都会认同，正确的选择工业相机是设计整个机器视觉系统关键
的第一步。CCD工业相机生产工艺发展到今天，技术已经日趋完善，体积越来越小，成像时
间的控制越来越自如，快门速度越来越快、灵敏度越来越高、功耗越来越小。
今天，我们主要讨论最常用的工业相机－－单色CCD面扫描工业模拟信号相机的基本工
作原理及相关技术参数。
1、工业相机基本工作原理
工业相机一般都可以分为两大部分：图像获得部分、图像输出部分。近年来市场主流的
工业数字相机是将图像采集卡的模数（A/D)转换模块集成于相机之中，通过USB/1394/GigE
千兆网，直接传输到计算机进行处理。如MV-EM120C/M系列工业相机就是以GigE千兆网为
接口生产研发的工业数字相机，下面我们就以模拟相机为例，对工业相机的各个部分分别加
以讨论。
2、CCD的基本原理
面扫描式工业相机成像部分的核心，是CCD感光芯片。CCD感光芯是一片由许多光敏感
材料制成的像素，组合成二维面阵。此种光敏感性材料，可以将入射的光线中的光量子，转
变成电子，并累积成电荷。CCD曝光之后，工业相机再将CCD芯片中每一个像素的电荷，逐
行提出送入一个缓冲区。
我们在计算机内存中，从相机中得到的数字图象，就是系统把CCD每个像素中的电压通
过一系列处理，最终得到的一个数字化的数值。
另外有一个值得我们注意的问题：CCD对于不同波长的光有着不同的灵敏度（参见下图）。
从图中曲线的走向，大家可以发现CCD的两个特点：
①CCD对于波长500～600的光，即红色光，最为敏感。这就是为什么在实际应用中，
红色灯源被用的最为广泛；
②CCD对于红外线（波长小于500）仍有一定的敏感度。也就是说CCD极易受温度的影
响，因此CCD相机不宜在在高温环境下工作。一般，高级的CCD相机都装有红外消除滤片。
3、图像的获取
工业CCD相机中图像获取模块，实际上就是一片由光敏感性材料（矽氧化物）制造而成
的芯片。工业相机拍照时，快门打开，光线射入CCD芯片的感光部分。如果大家要详细的了
解工业相机的工作过程，可以参考Microvision系列工业相机的使用及开发说明，上面说到，
CCD芯片中的像素，将光能转换成电能，最终成为电压信号。此信号将从CCD芯片输送到相
机的下一个模块――图像输出模块。由于光敏感性物质感光的关键在于感光时间，由此可以
知道CCD相机的快门时间，就是其成像的关键参数。目前市场上的相机，都普遍设有机械及
电子快门两种选择。
4、图像的输出
在图像输出模块中，相机会产生出适用于图象处理的视频信号。而在产生视频信号的过
程当中，相机会按照不同标准生成不同制式的视频信号，如：CCIR、EIA、PAL等等。
下面简要介绍一下图像输出的过程：
图像获取模块完成了图像的获取，即CCD芯片已经感光完成。于是相机便从CCD芯片的
左上角开始逐行扫描。扫描从第一行的第一个像素起，取出第一个像素中的电压再扫描第二
个像素，累积了第二个像素中的电压后，开始扫描第三个。以此类推，将第一行所有像素全
部扫描过之后，便将整行像素的电压传输至缓冲区。接下来开始扫描CCD芯片的第三行。
CCD相机的扫描过程，是先扫描奇数行，即，1、3、5。。。，扫描过全部奇数行之后，并
将所有奇数行像素的信号，逐行存入缓冲区，到此第一个扫描场扫描过程结束；之后再开始
扫描全部的偶数行，即，2、4、6。。。，扫描完成，并同样逐行将偶数行信号存入缓冲区，完
成了第二个扫描场的扫描。完成以上两次（奇数行扫描场及偶数行扫描场）扫描，我们称相
机完成了一帧扫描，而这样的扫描方式叫作：隔行扫描，维视图像的VS-250DH系列工业相
机就是隔行扫描。
在一个扫描场扫描进行当中，上一行扫描结束在折返到下一行的过程中，相机会在两行
的信号之间加入一个脉冲信号，作为下一行起始的标志。当奇数行扫描场扫描完成，相机同
样会在偶数行扫描场开始扫描之前，在两个场信号之前加入一个信号，作为偶数行扫描场信
号起始的标志。
现在我们知道，扫描完成后，完整的一帧图像的信号，行与行、场与场之间都有信号分
隔。但像素与像素之间呢？每个CCD感光芯片，都有其特定的分辨率，即横向多少列纵向多
少行。因此相机在将每一行的电压信号转化为模拟视频信号时，是按CCD的分辨率把整行信
号分割，再作逐一转化。
讨论到此，我们就比较全面的了解了模拟工业相机的原理情况，因为模电是数电的基础，
那么工业数字相机就不难理解了。
与隔行扫描相机相对应的，逐行扫描相机（Progressive scan camera）已经普遍为业
内人士所使用，维视图像公司已有系列成熟的工业逐行相机产品为广大客户提供服务，那么
关于逐行扫描相机的详情，以后再另题讨论。