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工业相机接口标准详解
工业相机还被称作工业摄像头、工业摄像机、工业照相机等等。从其芯类型中被分为工业CCD相机和工业CMOS相机，从其信号种类里又分为工业模拟相机、工业数字相机。工业相机已经被广泛应用于工业生产线在线检测、智能交通,机器视觉,科研,军事科学,航天航空等众多领域。
目前，市面上也出现了越来越多的工业相机品牌，相机厂商都给出了大量的相机参数，比如：相机接口、芯片类型、量子效应、帧率等。一般非行业内人士，在面对这些参数时往往会无所适从。根据长期的相机使用经验，朗锐智科为大家总结出目前使用比较广泛的工业相机接口知识！
工业相机数据传输接口方式有很多种，包括CoaxPress、CameraLink接口、USB接口、Gige接口等。
工业相机接口标准详解
（1）Camera Link接口。
1、需要单独的CameraLink接口，不便携，导致成本过高。
2、Camera Link接口的相机，实际应用中比较少。
3、传输速度是目前的工业相机中快的一种总线类型。一般用于高分辨率高速面阵相机，或者是线阵相机上。
4、传输距离近。
（2）USB2.0接口
1、USB2.0接口的工业相机，是早应用的数字接口之一，开发周期短，成本低廉，是目前为普通的类型。
2、所有电脑都配置有USB2.0接口，方便连接，不需要采集卡；缺点是其传输速率较慢，理论速度只有480Mb（60MB）。
3、传输速率低，糟糕的协议（Bulk-OnlyTransport(BOT)协议）与编码方式，数据只有30MB/S左右。
4、在传输过程中CPU参与管理，占用及消耗资源较大。
5、USB2.0接口不稳定，相机通常没有坚固螺丝，因此在经常运动的设备上，可能会有松动的危险。
6、传输距离近，信号容易衰减。
（3）USB3.0接口
1、USB 3.0的设计在USB 2.0的基础上新增了两组数据总线，为了保证向下兼容，USB 3.0保留了USB 2.0的一组传输总线。
2、在传输协议方面，USB3.0除了支持传统的BOT协议，新增了USB Attached SCSI Protocol（USAP），可以完全发挥出5Gbps的高速带宽优势。
3、由于总线标准是近几年才发布，所以协议的稳定性同样让人担心。
4、传输距离问题，依然没有得到解决。
（4）GIGE千兆网接口
1、千兆网协议稳定。
2、千兆网接口的工业相机，是近几年市场应用的重点。使用方便，连接到千兆网卡上，即能正常工作。
3、需要注意一些特殊的细节，如早期的NI的软件，可能对千兆网卡的芯片有要求，需要使用INTEL的芯片才可以正常驱动GIGE相机，而使用如Realtek的芯片网卡，就无法响应。
4、在千兆网卡的属性中，也有与1394中的Packet Size类似的巨帧。设置好此参数，可以达到更理想的效果。
5、传输距离远，可传输100米。
6、可多台同时使用，CPU占用率小。

2. CCD相机和CMOS相机
图像传感器是工业相机的核心感光元件，当前图像传感器主要分为电荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）和互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductors，CMOS）两种。
CCD和CMOS图像传感器感光原理类似，基本上都是利用感光二极管（photodiode）进行光与电的转换，将图像转换为数字信息，它们的主要差异在数字信号传送方式的不同。如图2所示，CCD图像传感器每一行中每一个像素（pixel）电荷信号都会依序传送到下一个像素中，由底端的部分输出，再经由传感器边缘的放大器进行放大输出；而在CMOS图像传感器中，每个像素都会连接一个放大器及模数转换电路，用类似内存电路的方式将信号输出。正是因为结构和工作原理的差异，导致CCD和CMOS图像传感器具有不同的特性。CCD图像传感器在灵敏度、分辨率，以及噪声控制等方面均优于CMOS图像传感器，CMOS图像传感器则具有低成本、低耗电以及高整合度的特性。

3. 黑白相机与彩色相机
无论是CCD还是CMOS图像传感器，其原理都是将光子转换为电子，其中光子数目与电子数目成比例。对每个像素，统计其电子数目就形成反映光线强弱的灰度图像，也就是说CCD和CMOS图像传感器是“色盲”，不具备辨色的能力，只能形成黑白图像，如图3（左）。
一文了解“工业相机”
左：黑白模式；中：三棱镜模式；右：拜尔滤波片模式
图3 不同色彩模式的工业相机
为了获得彩像，通常使用三棱镜或滤光片的方法采集颜色信息。三棱镜模式：采用三棱镜将射入的光分成三束，每束光都由不同的内置光栅来过滤出某一种三原色，然后使用三块CCD分别感光，如图3（中）。然后再将这三张图像合成一张高分辨率、色彩精确的图像。由于该方法需要三块感光芯片，造价比较昂贵。
如果考虑到价格因素，柯达的拜尔（Bayer）提出了一种廉价的折中方案：只用一块图像传感器，就解决了颜色的识别。他的做法是在图像传感器前面，设置一个滤光片，上面布满了滤光点，与下层的像素一一对应。如图3（右），Bayer滤光片上的滤光点的排列是有规律的：每个绿点的四周，分布着2个红点、2个蓝点、4个绿点。由于人眼对绿色为敏感，所以绿色是红、蓝的两倍。由于每个滤光点只能通过红、绿、蓝之中的一种颜色，但是在输出时，所有像素都应该有这三种颜色的信息，被滤除的两种颜色分量值在后期的算法处理中通过插值法来补回。
Bayer滤光片的方法显着优点在于它能节省成本，当前绝大多数彩色相机都采用此项技术。不过，黑白相机采集的是所有波长的光子，而Bayer彩色相机仅接受RGB三个波段的光子，并且会做一个去马赛克的邻域平均操作，因此无论是光通量还是细节表现均弱于灰度相机，如图4，对比了彩色相机与黑白相机在相同环境下的成像。所以，如果不需要颜色作为检验需求时，工业相机一般选择黑白相机，因为在拥有相同的分辨率前提下，黑白相机精度更高。

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