如何选择机器视觉传感器

如何选择机器视觉传感器

业内的许多讨论都集中在加工技术上，以及CMOS和CCD传感器孰优孰劣。这两种技术都有其优势和不足之处，所加工的传感器有着不同的性能。最终用户关心的不是传感器是“如何”被制造出来的，而是其在最终应用中的表现。

正确理解动态范围

曝光的动态范围表示传感器能够正常工作的亮度水平。当光子撞击图像传感器的活动像素区域时产生电子，传感器将其捕获并存储起来以备系统读取。撞击活动区域的光子数越多，产生的电子数就越多，在读取的间隔中，该过程持续的时间越长，被存储的电子就越多。决定传感器曝光动态范围的参数之一就是填充存储阱的曝光。制造传感器的半导体加工工艺和电路设计共同决定阱的容量或深度。

传感器的曝光动态范围是由其物理和电路设计所决定的功能，而数字动态范围只是由电路设计所决定的功能。图像传感器的数字动态范围只是说明它能够提供给视觉系统的明显的曝光值。8位的传感器有256个灰度级，10位的有1024个，以此类推。表示动态范围的位数并不是反映传感器能够响应的最高曝光的必须要素，但是这两者通常是相对应的。

如何选择机器视觉传感器

应用需求还对传感器的第二项特征速度提出了要求。速度是比动态范围更直观的特征，它只是衡量传感器采集和传送图像到系统的速度有多快。传感器的速度也包括两个方面：一个是帧频，也就是传感器传送像素数据到系统所需要的时间。另外就是传感器为了采集一幅有用的图像所需的曝光时间。帧频永远都不会比曝光时间快，因此帧频是用来说明传感器性能的通用量值。

速度和动态范围是相互关联的，为了快速地传送图像，传感器必须快速地对每一个像素的数据进行数字化。这就意味着模拟到数字转换器需要快速地形成一个稳定的输出。

传感器的速度与其第三项特征响应度也是相关联的。应用中所需的帧频越高，用于曝光的时间就越少。为了减少曝光时间，设计师需要增加光照的亮度，如果不增加亮度，就只能选择高响应度的传感器。

开发人员在为他们的机器视觉系统选购传感器时，必须在动态范围，速度和响应度这三个关键要素之间做出取舍。高速度和低光照度将导致噪音增加并降低动态范围。在动态范围允许的情况下，对成像细节的高要求也需要提高光照强度以弥补较低的响应度。传感器本身所具有的物理属性，不可避免地要在这三项关键要素之间做出平衡。

分辨率是指由多少个像素构成一幅图像，它是反映传感器尺寸和像素间距的量值。应用所需要的传感器的分辨率决定于几项相关的要素：包括视野、工作距离、传感器大小和像素间距以及系统所要求的采集空间细节所需的像素的数量等。传感器的分辨率越高，其时钟必须运行的越快以获得需要的帧频。因此，传感器的分辨率对速度有非常大的影响。

最终，所有这些传感器的要素都要与相机的其它部件相互影响。相机镜头的分辨率是通过调制解调函数（MTF）来衡量的，例如，镜头的分辨率必须与传感器的像素间距相匹配才能获得理想的成像质量。在传感器分辨率允许的范围内，一个5微米 MTF的镜头在3微米的像素间距的传感器上所成的黑白线模式只能形成灰色的图像。因此，在选购传感器时必须采购与之匹配的其它系统部件。