工業(yè)相機(jī)選型環(huán)節(jié)第3步：芯片類(lèi)型、快門(mén)技術(shù)、幀速率

發(fā)布時(shí)間：2021-07-21

這一步需要挑選適合的芯片（即采用CMOS或 CCD芯片技術(shù)）以及選擇快門(mén)技術(shù)的類(lèi)型（即全局快門(mén)或滾動(dòng)快門(mén)）。之后要考慮問(wèn)題則的是幀速率，這個(gè)指標(biāo)是相機(jī)為了能夠順暢處理任務(wù)每秒必須提供的圖像數(shù)量。

1、芯片類(lèi)型

CCD還是CMOS？

兩種不同的芯片技術(shù)基本差別在于其技術(shù)結(jié)構(gòu)。

在CMOS芯片中，將光能（具體而言是指光子）轉(zhuǎn)化成電信號(hào)（電子）的電子元件直接集成在芯片表面。因此電子元件能夠更快速地讀取成像數(shù)據(jù)，用戶(hù)能夠更靈活地調(diào)整成像范圍，使CMOS芯片能夠更快速地拍攝圖像。CMOS芯片在消費(fèi)者市場(chǎng)上被廣泛使用，例如單反相機(jī)。

CCD芯片使用完整的芯片表面拍攝光線，芯片表面上沒(méi)有安裝任何轉(zhuǎn)化電子元件。這使表面擁有較多的像素空間，亦代表著能夠拍攝的光線將更多。因此這類(lèi)芯片對(duì)于光線特別靈敏，特別適用于弱光條件的應(yīng)用（例如天文學(xué)）。CCD芯片能夠在速度較慢的應(yīng)用中提供卓越圖像質(zhì)量，雖然該芯片的結(jié)構(gòu)以及其傳輸與處理圖像數(shù)據(jù)的方式已逐漸將成像速度提高至極限。

CMOS芯片技術(shù)在近年來(lái)不斷改進(jìn)，如今已適用于幾乎任何一種圖像處理應(yīng)用。CMOS芯片具備

出眾的性?xún)r(jià)比
高成像速度
高分辨率
低功耗
高量子效率

這些特性讓CMOS芯片在CCD芯片以往獨(dú)占鰲頭的領(lǐng)域中取得了立足之地。高成像速度與出眾的圖像質(zhì)量的結(jié)合是當(dāng)代CMOS芯片的突出賣(mài)點(diǎn)之一。

CMOS面陣芯片和CCD芯片
cmos面陣芯片和CCD芯片.jpg
2.快門(mén)技術(shù)
有一項(xiàng)簡(jiǎn)單但非常重要的要求：快門(mén)必須與應(yīng)用匹配。快門(mén)能夠保護(hù)相機(jī)內(nèi)部的芯片不受入射光線的影響，且只有在曝光時(shí)才會(huì)打開(kāi)。所選的曝光時(shí)間將會(huì)確保像素接收適當(dāng)數(shù)量的光子，并決定快門(mén)維持打開(kāi)狀態(tài)的時(shí)間。全局快門(mén)和滾動(dòng)快門(mén)的差別在于吸收光線的方式。
全局快門(mén)和滾動(dòng)快門(mén)的工作方式

全局快門(mén)會(huì)打開(kāi)并讓光線一次性地接觸整個(gè)芯片表面。依幀速率而定，移動(dòng)中的目標(biāo)會(huì)快速地被連續(xù)拍攝到。全局快門(mén)是需要拍攝快速移動(dòng)目標(biāo)的應(yīng)用的首選，例如交通與運(yùn)輸領(lǐng)域，物流領(lǐng)域以及印刷材料的檢測(cè)。
滾動(dòng)快門(mén)則是逐行來(lái)曝光圖像。根據(jù)所選的曝光時(shí)間不同，當(dāng)目標(biāo)在曝光過(guò)程中移動(dòng)時(shí)，可能會(huì)發(fā)生失真，這也就是所謂的滾動(dòng)快門(mén)效應(yīng)。但是，并非涉及移動(dòng)目標(biāo)的應(yīng)用就完全無(wú)法使用滾動(dòng)快門(mén)。在多數(shù)情況下，該效應(yīng)可通過(guò)正確配置曝光時(shí)間以及使用外置閃光燈來(lái)規(guī)避。
全局快門(mén)和滾動(dòng)快門(mén)工作方式.jpg
3.幀速率