机器视觉应用的摄像头设计

摘要：本文将探讨机器视觉应用的 CMOS 图像感应器技术及架构要求。此外，还将详细分析机器视觉的基本组件，摄像头为满足应用需求需要哪些条件，以及如何设计出可满足各种机器视觉应用需求、同时又能在图像质量与成本之间获得平衡的摄像头。

总体上说，机器视觉就是让电子光学系统（摄像头）连接至如计算机等处理单元，以进行图像处理并对相关系统实现控制。换言之，机器视觉系统就是指能够看到目标对象的系统或计算机。受计算机控制的系统可包括生产单元、产品质量控制以及抓放设备等。

机器视觉要求什么？

机器视觉系统应当包括图像感应器与透镜系统，这通常整体称作摄像系统，可需要通过火线、USB或以太网等电气接口连接到计算机，而计算机则连接至控制设备。

a) 摄像头

b) 计算机（主机）

c) 帧接收器

d) 应用软件

机器视觉应用需要结合软、硬件才能确保成功工作。选择适当的硬件固然重要，但视觉检查软件则形成了所有机器视觉系统的核心。通常由像素时钟驱动的感应器将由用户通过SPI 或 I2C 接口设置寄存器来配置分辨率、工作速度、增益控制、曝光时间以及集成时间。感应器可输出帧同步和线路同步脉冲以及待处理的数字数据。感应器的电气接口为CMOS，可支持高达 200 MHz 的频率。如果速度更高，则需要 LVDS 接口来实现信号完整性。

机器视觉摄像头的典型系统架构为：

1 离线处理功能的摄像头

在机器视觉系统的上述配置中，包含独立的摄像头，它采用业界标准的电气接口，如火线、USB 或千兆以太网等。可单独对摄像头供电，并可通过电气接口将原始数据传送至主机。视频传输既可以是连续帧，也可以是单帧数据，具体取决于应用的需要。单帧捕获与视频传输被称作触发模式，需要外部系统通常以 CMOS 级向摄像头系统发送电子脉冲。摄像头逻辑将启动一个帧集成，并通过电气接口将扫描的数据发送至主机。在某些情况下，原始数据通过总线与同步信号、时钟和数据一起发送给帧接收器等终端数据采集系统。帧接收器在存储器中存储数据，随后可由主机应用软件对数据进行存取以处理和控制。