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工业相机选型环节第3步: 芯片类型、快门技术、帧速率

发布时间:2021-07-21

这一步需要挑选适合的芯片(即采用CMOS或 CCD芯片技术)以及选择快门技术的类型(即全局快门或滚动快门)。之后要考虑问题则的是帧速率,这个指标是相机为了能够顺畅处理任务每秒必须提供的图像数量。

1、芯片类型

CCD还是CMOS?                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                         

两种不同的芯片技术基本差别在于其技术结构。


CMOS芯片中,将光能(具体而言是指光子)转化成电信号(电子)的电子元件直接集成在芯片表面。因此电子元件能够更快速地读取成像数据,用户能够更灵活地调整成像范围,使CMOS芯片能够更快速地拍摄图像。CMOS芯片在消费者市场上被广泛使用,例如单反相机。


CCD芯片使用完整的芯片表面拍摄光线,芯片表面上没有安装任何转化电子元件。这使表面拥有较多的像素空间,亦代表着能够拍摄的光线将更多。因此这类芯片对于光线特别灵敏,特别适用于弱光条件的应用(例如天文学)。CCD芯片能够在速度较慢的应用中提供卓越图像质量,虽然该芯片的结构以及其传输与处理图像数据的方式已逐渐将成像速度提高至极限。

CMOS芯片技术在近年来不断改进,如今已适用于几乎任何一种图像处理应用。CMOS芯片具备

  • 出众的性价比

  • 高成像速度

  • 高分辨率

  • 低功耗

  • 高量子效率

这些特性让CMOS芯片在CCD芯片以往独占鳌头的领域中取得了立足之地。高成像速度与出众的图像质量的结合是当代CMOS芯片的突出卖点之一。

CMOS面阵芯片和CCD芯片
cmos面阵芯片和CCD芯片.jpg
2.快门技术
有一项简单但非常重要的要求:快门必须与应用匹配。快门能够保护相机内部的芯片不受入射光线的影响,且只有在曝光时才会打开。所选的曝光时间将会确保像素接收适当数量的光子,并决定快门维持打开状态的时间。全局快门和滚动快门的差别在于吸收光线的方式。
全局快门和滚动快门的工作方式                                                                                                                                                                             

       全局快门会打开并让光线一次性地接触整个芯片表面。依帧速率而定,移动中的目标会快速地被连续拍摄到。全局快门是需要拍摄快速移动目标的应用的首选,例如交通与运输领域,物流领域以及印刷材料的检测。
        滚动快门则是逐行来曝光图像。根据所选的曝光时间不同,当目标在曝光过程中移动时,可能会发生失真,这也就是所谓的滚动快门效应。但是,并非涉及移动目标的应用就完全无法使用滚动快门。在多数情况下,该效应可通过正确配置曝光时间以及使用外置闪光灯来规避。
全局快门和滚动快门工作方式.jpg
3.帧速率

与“每秒多少帧图像”或“fps”含义相同;而对于线阵相机,则与“行频”或“行频率”含义相同。帧速率描述芯片可在每秒钟拍摄与传输的图像数量。


帧速率越高,芯片速度越快。=> 芯片越快,它每秒拍摄到的图像就越多。=> 图像越多,数据量就越大。


帧速率1.jpg
帧速率2.jpg

全局快门和滚动快门的工作方式

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