视觉检测技术 CCD CMOS
ccd视觉检测原理
ccd视觉检测原理
ccd视觉检测技术是一种非接触式的视觉检测技术，它利用ccd传感器来检测目标，并基于图像处理技术和机器视觉技术对目标进行检测、定位和测量分析。
ccd视觉检测技术主要分为光学系统、CCD传感器和图像处理系统三个部分。
光学系统由镜头、光源等组成，它负责把待检测物体的光线通过镜头聚焦至CCD传感器上；CCD传感器负责将物体转换成电子信号，最后由图像处理系统对图像进行处理并完成物体的检测、定位和测量分析。
ccd视觉检测技术有效地解决了物体尺寸、形状、位置和表面特征等复杂检测问题，并且在质量控制、精密测量、生产自动化等领域都有重要的应用。
ccd cmos 工作原理
ccd cmos 工作原理
CCD和CMOS是两种数字图像传感器技术，它们在数字摄像机、手机等设备中被广泛应用。
它们的工作原理虽然不同，但都用于将光信号转换为电信号，并最终生成数字图像。
CCD（Charged Coupled Device）是一种由电荷耦合器件组成的传感器。
当光线进入CCD传感器时，光子会击中光敏区域并激发光电效应，产生电荷。
CCD传感器的表面有大量的光电二极管排列成阵列，每个光电二极管负责接受一个像素的光信号。
通过在每行像素间引入电荷传输阀门，电荷可以顺序地从一行传输到下一行，最终进入模数转换器进行数字化处理。
CCD的优点是低噪声、高灵敏度和较高的动态范围，适合于拍摄静态图像。
CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）是一种将光感受器和电路集成在一起的传感器。
CMOS传感器的每个像素单元都由一个光敏元件和一个转换电路组成。
当光线进入CMOS传感器时，光敏元件产生电荷，并通过转换电路将电荷转换为电压信号。
CMOS传感器的每个像素单元都有自己的放大器和AD转换器，这使得CMOS传感器具有较高的集成度和可编程性。
CMOS传感器由于具有低功耗、高帧速率和可制造成本低等优点，已经成为数字摄像机和手机中主流的传感器技术。
总的来说，CCD使用电荷传输来处理图像信号，而CMOS在每个像素单元上进行信号放大和处理。
这两种传感器技术在图
像质量、功耗和成本等方面存在差异，但都能满足不同应用的需求。
CMOS与CCD与CIS
CMOS与CCD技术自诞生以来，它们的抢位之争自诞生至今就没有停止过。
如今，依托这两大类感光元件，形成了分别应用CMOS和CCD元件的两大阵营，在硬件设备制造领域争相斗法。
在竞争中，它们努力克服各自的天生劣势，并在技术指标不断攀升的基础上，期待更大的技术突破。
一争高下由来已久CCD与CMOS传感器是当前被普遍采用的两种图像传感器，两者都是利用感光二极管(p hotodiode)进行光电转换，将图像转换为数字数据，而其主要差异是数字数据传送的方式不同。
这种转换的原理与“太阳电能”电子计算机的“太阳能电池”效应相近，光线越强、电力越强；反之，光线越弱、电力也越弱的道理，将光影像转换为电子数字信号。
比较CCD 和CMOS 的结构，ADC的位置和数量是最大的不同。
简单的说，CCD每曝光一次，在快门关闭后进行像素转移处理，将每一行中每一个像素（pixel）的电荷信号依序传入“缓冲器”中，由底端的线路引导输出至CCD 旁的放大器进行放大，再串联ADC 输出；相对地，CMOS 的设计中每个像素旁就直接连着ADC（放大兼类比数字信号转换器），讯号直接放大并转换成数字信号。
竞争引发进步，CCD和CMOS传感器技术都在各自的劣势中试图补齐短板。
新一代的C CD传感器一直在功耗上作改进，而CMOS传感器则在改善分辨率与灵敏度方面的不足。
二者在品质上的差距在不断缩小，比如，OmniVision于2004年就推出了OV5610 CMOS 5百万像素图像传感器，它的重要意义就在于它成为第一个能够输出CCD影像品质的CMOS 图像传感器。
从此，CMOS在成像品质上的追求就显得更为游刃有余了。
CCD（电荷耦合器件）是前辈，自1969年在贝尔试验室研制成功以来，它经历多年发展，从初期的10多万像素发展至今，已经非常成熟，应用于多个领域。
而CMOS（互补金属氧化物半导体）则是后来者，它诞生于1998年，这类新型的图像传感技术被认为是代表未来的技术方向。
单反相机CCD、CMOS测试详解
单反相机CCD/CMOS测试详解Ginsir 于2012-8-14夜根据查询网上很多相机CCD/CMOS测试的文章及本人实践测试中的感受完成下文，望对大家有所帮助。
CCD/CMOS测试死点的软件基本上有两种分别是：deadpixeltest 及光影魔术手（版本3.1.2.103），两种软件我都试用了，感觉后者亮点的显示比较直观，因此使用。
CCD、CMOS都是相机的图像传感器，略有不同不多做介绍，文中不论测试样机用的是CCD还是CMOS，均简称“CCD”。
简单说两句：数码相机所使用的影像传感器（光电转换器）主要有两种：CCD电荷耦合器件、CMOS互补金属氧化物半导休。
噪点是CCD或CMOS将光线转化为电信号时所产生的缺陷信号，表现在照片上就是一些细小的亮点。
噪点分为两类：一类固定噪点，由CCD或CMOS元件制作工艺上的缺陷产生的，曝光时间越长就越亮，即死点或坏点；一类随机噪点由电子器件本身的噪声、放大电路的噪声以及干扰形成，这种噪点位置不固定，随机产生，是数码相机无法避免的。
测试方法（以Canon 600D为参考）：1.设置相机关掉几项功能：镜头自动对焦设为M、光学防抖设为OFF；2.开机菜单中“自定义功能（C.Fn）”第4项长时间曝光降噪功能禁用、第5项高ISO感光度降噪功能禁用；3.画质设为JPG的最精细；4.光圈调至最大，盖好镜头盖，对焦调至无穷大；5.开始拍摄黑片，最好将相机放至平面不要用手端着。
6.第一组：将ISO值设置为200固定，快门分别在1/60S、1S、8S、15S、30S各拍一张黑片；7.第二组：将ISO值设置为800固定，快门分别在1/60S、1S、8S、15S、30S各拍一张黑片；8.第三组：将ISO值设置为1600固定，快门分别在1/60S、1S、8S、15S、30S各拍一张黑片；9.拍一张白片，可以将镜头对准亮处的白纸，快门到1S、ISO可是400以上，光线暗还可以增加曝光补偿增益，就可以拍出白片备用。
视觉检测技术--CCD-CMOS
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最大帧帧率率（：全相分机辨采率集）传输图像的速率，对于面阵相机一5般00为帧每/秒秒采集的帧数（Frames/Sec.），对于
线阵图相像机传机感为器每秒采集的行数（Hz）。
逐行扫描CMOS传感器
曝光曝方光式时和间快门速度：对于工业线阵相机都是逐行曝光的>=方1式μs，可以选择固定行频和外触发同步的采
CCD与CMOS的性能比较
性能指标 暗电流（PA/M^2） 电子-电压转换率
动态范围 响应均匀性 读出速度（Mpixels/s）
功耗 工艺难度 信号输出方式 集成度 应用范围 性价比
CCD 10 略小 大 好 70 大 大 顺序逐个输出 低 高端、军用 低
CMOS 10-100
大 略小 略差 1000 小 小 X-Y寻址可随机采样 高 低端、民用 高
第三部分
应用场景
Application Scenarios
视觉检测技术的应用
工业产品外观检测
视觉检测技术的应用
OCR字符识别
视觉检测技术的应用
人脸识别
视觉检测技术的应用
自动驾驶
第四部分
最新成果与前景
Latest Achievements & Prospectives
工艺
双目相机
结构光
视觉检测技术
Visual Inspection Technology
Fresh business general template Applicable to enterprise introduction, summary report, sales marketing, chart data
CCD与CMOS的图像传感器的研究(黄成华)
文献综述CCD 与CMOS 的图像传感的研究（黄成华）班级：电子信息工程1103 姓名：黄成华指导老师：徐老师一．前言70 年代初，随着MOS 技术的成熟，三种典型的固体图像传感—电荷耦合器件（CCD）、电荷注入器件（CID）、光敏二极管阵列（PDA）得到了发展。
在这三种固体图像传感器中，CCD 发展最为迅速。
CCD 器件及其应用技术的研究取得了惊人的进展。
到90 年代初，CCD 技术已比较成熟。
作为一种新型光电转换器被广泛应用，特别是在图像传感和非接触式测量领域的发展则更为迅猛。
随着CCD 应用范围的扩大，其缺点逐渐暴露出来。
为此，人们又开发了另外几种固体图像传感器技术。
其中，最引人注目、最有发展潜力的是CMOS 图像传感器，它能获得和CCD 产品相似的图像质量，且在功耗、集成度上都取得了很大突破。
CMOS 图像传感器具有许多优点，如芯片内部集成了A ／D 转换器、输出为数字信号、外围线路简单、工作时不需要相位驱动脉冲、价格便宜等，这些优点使其很适合于桌面多媒体、视频会议、图像监控等场合。
目前用于图像传感的器件主要有CCD 和CMOS 两大类。
就目前的应用情况来看，CMOS 器件的成像质量还不如CCD 器件的成像质量好。
但由于CMOS 的很多优点，使得其一出现便受到广泛关注，其应用领域也逐渐扩大。
CMOS 器件在工艺等方面的改进，成像质量的改善，系统集成技术的应用。
二．主题本文介绍了CCD与CMOS图像传感器的原理、特点及发展趋势。
分别对CCD与CMOS 图像传感器的结构和工作原理进行对比研究，尤其是CMOS与CCD 两类图像传感之间的不同进行综述。
重点介绍了CMOS 图像传感器的应用技术和发展趋势。
三. 研究的背景和意义随着数码相机、手机相机的兴起，图像传感器正逐渐成为半导体产品中最耀眼的明星之一，而在图像传感器中，CCD与CMOS传感器是当前被普遍采用的两种图像传感器，两者都是利用感光二极管(photodiode)进行光电转换，将图像转换为数字数据，而其主要差异是数字数据传送的方式不同。
视觉传感器几大技术要点：技术分类、技术实现和应用、选择技巧
视觉传感器几大技术要点：技术分类、技术实现和应用、选择技巧视觉传感技术是传感技术七大类中的一个，视觉传感器是指：通过对摄像机拍摄到的图像进行图像处理，来计算对象物的特征量（面积、重心、长度、位置等），并输出数据和判断结果的传感器。
什么是视觉传感器？
视觉传感器是整个机器视觉系统信息的直接来源，主要由一个或者两个图形传感器组成，有时还要配以光投射器及其他辅助设备。
视觉传感器的主要功能是获取足够的机器视觉系统要处理的最原始图像。
图像传感器可以使用激光扫描器、线阵和面阵CCD摄像机或者TV摄像机，也可以是最新出现的数字摄像机等。
视觉传感技术分类1、3D视觉传感技术3D视觉传感器具有广泛的用途，比如多媒体手机、网络摄像、数码相机、机器人视觉导航、汽车安全系统、生物医学像素分析、人机界面、虚拟现实、监控、工业检测、无线远距离传感、显微镜技术、天文观察、海洋自主导航、科学仪器等等。
这些不同的应用均是基于3D视觉图像传感器技术。
特别是3D影像技术在工业控制、汽车自主导航中具有急迫的应用。
2、智能视觉传感技术智能视觉传感技术下的智能视觉传感器也称智能相机，是近年来机器视觉领域发展最快的一项新技术。
智能相机是一个兼具图像采集、图像处理和信息传递功能的小型机器视觉系统，是一种嵌入式计算机视觉系统。
它将图像传感器、数字处理器、通讯模块和其他外设集成到一个单一的相机内，由于这种一体化的设计，可降低系统的复杂度，并提高可靠性。
同时系统尺寸大大缩小，拓宽了视觉技术的应用领域。
智能视觉传感器的易学、易用、易维护、安装方便，可在短期内构建起可靠而有效的视觉检测系统等优点使得这项技术得到飞速的发展。
ccd与cmos的区别及六大硬件技术指标
ccd与cmos的区别及六大硬件技术指标CCD由许多感光单位组成，通常以百万像素为单位。
当CCD表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。
CCD的比较显著特点是：1.技术成熟2.成像质量高3.灵敏度高，噪声低，动态范围大;4.响应速度快，有自扫描功能，图像畸变小，无残像;5.应用超大规模集成电路工艺技术生产，像素集成度高，尺寸精确。
评价一个CCD传感器好坏的指标有很多，例如像素数、CCD尺寸、信噪比等等。
其中像素数以及CCD的尺寸是最重要的指标。
像素数是指CCD上感光元件的数量。
我们可以把我们所拍摄到的画面理解为由很多个小的点组成，每个点就是一个像素。
显然，像素数越多，画面就会越清晰，如果CCD没有足够的像素的话，拍摄出来的画面的清晰度就会大受影响。
因此，CCD的像素数量应该越多越好。
但是为了得到更好的画质而增加了CCD的像素数后又必定会导致一个问题，那就是CCD制造成本的增加以及成品率下降。
所以针对成本等一系列的问题，一种成本更低、功耗更低以及高整合度的CMOS传感器横空出世了。
CMOS本是计算机系统内一种重要的芯片，保存了系统引导最基本的资料。
CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带负电的N极和带正电的P极的半导体，这两个一正一负互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和转换成影像。
后来发现CMOS经过加工也可以作为数码摄影中的图像传感器。
CMOS图像传感器是一种典型的固体成像传感器，与CCD有着共同的历史渊源。
CMOS 图像传感器通常由像敏单元阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑、AD转换器、数据总线输出接口、控制接口等几部分组成，这几部分通常都被集成在同一块硅片上。
其工作过程一般可分为复位、光电转换、积分、读出几部分。
CMOS的光电信息转换功能与CCD的基本相似，区别就在于这两种传感器的光电转换后信息传送的方式不同。
机器视觉之CCD与CMOS对比
机器视觉之CCD 与CMOS 对比图像传感器，也叫感光元件，是一种将光学图像转换为电子信号的设备，是工业相机、数码相机等电子光学设备的核心部件。
根据原件的不同，可分为CCD 和CMOS 两大类。
CCD 是应用在摄影摄像方面的高端技术元件，CMOS 则应用于较低影像品质的产品中。
那它们之间的区别有哪些呢？这里用一个表格来分析它们之间的区别，见下图：由各自自身的特点决定，CCD 更适合于对相机性能要求非常高而对成本控制不太严格的应用领域，如天文，高清晰度的医疗X 光影像、和其他需要长时间曝光，对图像噪声要求严格的科学应用。
CMOS 能应用当代大规模半导体集成电路生产工艺来生产，如今CMOS 的水平使它们更适合应用于要求空间小、体积小、功耗低而对图像噪声和质量要求不是特别高的场合，如大部分有辅助光照明的工业检测应用、安防保安应用、和大多数消费型商业数码相机应用。
CCD 起步早，且在上世纪末的25年里，CCD 技术一直统领着图像传感器件的潮流。
而随着科学不断的进步，作为图像传感器，CMOS 已经克服早期的许多缺点，在其本身具备的集成性、低功耗、低成本的优势基础上，噪声与敏感度方面有了很大的提升，与CCD 传感器差距不断缩小，发展到了在图像品质方面可以与CCD 技术较量的水平。
CCD 和CMOS 图像传感器各有利弊，在整个图像传感器市场上它们相互竞争又相互补充，在有些时候，两种传感器之间是互补的，可以适用在不同的应用场合。
对于工业相机选择传感器的问题，要以满足机器视觉系统需求为标准；对机器视觉系统的选择，要以生产检测、工况监控等需求为标准，根据需求选择合适的传感器就行了。
对于机器视觉系统、工业相机来说，不论是哪种传感器更为强大，他们技术的进步都将极大推动工业相机市场及机器视觉行业的发展。
成像过程集成性噪声速度其他优点缺点应用领域CCDCMOS光学信号转换成电荷信号，再经过放大和转换，由一个输出节点统一读出。
视觉检测
8.2
视觉传感器
一、CCD光敏元件工作原理 CCD基本结构图
8.2
视觉传感器
CCD电荷转移原理
二、电荷转移原理 CCD转移电压
8.2
视觉传感器
三、CCD的输入－输出结构 1.电荷注入 2.电荷输出 四、CCD的特性参数 1.转移效率和转移损失率 2.工作频率 8.2.2 CCD器件 视觉检测系统采用的摄像机分为电子管式摄像机和 固体器件摄像机CCD两种。CCD是利用内光电效应由单个 光敏元件构成的集成化光电传感器。它集电荷存贮、移 位和输出为一体。应用于成像技术、数据存贮和信号处 理电路等。
8.2
视觉传感器
一、CCD线阵摄像器件工作原理。 线阵列固体摄像器件基本结构简图如图所示。 线型CCD 摄像器件有两种基本形式：一是 单沟道线型 ICCD，另一是双沟道线阵ICCD。
8.2
视觉传感器
二、面阵ICCD
场传输面阵CCD和行传输面型CCD结构原理如图。
8.2
视觉传感器
三、ICCD的基本特性参数 1.转换特性 2. 动态范围 3.分辨率 8.2.3 光电位置传感器(PSD) 光电位置传感器（PSD）是一种对入射到 光敏面上的光点位置敏感的光电器件，其输出 信号与光点在光敏面上的位置有关。它利用半 导体的横向光电效应来测量入射点的位置。目 前在光学定位、跟踪、位移、角度测量和虚拟 现实设备中获得了广泛的应用。 PSD分为一维和二维两种类型。
8.1 视觉检测技术概述
三、图像存储体 图像存储体可以分为外置式和内置式两种。 外置式图像存储体为独立单元，它一般单独供 电，功能较为全面，可以适用于微机系统、笔 记本电脑、微处理器和可编程控制器等，成本 也较高。内置式图像存储体一般为卡式结构称 为图像卡)，可以直接插入计算机扩展槽内， 使用方便、成本低，并可以充分利用计算机的 软硬件资源。
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光栅型有源像素传感器
CCD和CMOS的比较
CCD和CMOS的比较
视觉检测技术的算法
点
直线
边缘
曲线
OpenCV是一个基于BSD许可（开源）发行的跨平台 计 算 机 视 觉 库 ， 可 以 运 行 在 Linux 、 Windows 、 Android和Mac OS操作系统上。它轻量级而且高 效——由一系列 C 函数和少量 C++ 类构成，同时提 供了Python、Ruby、MATLAB等语言的接口，实现 了图像处理和计算机视觉方面的很多通用算法。
CONTENT
01 基本原理与特性 02 技术指标 03 应用场景 04 最新成果与前景
第一部分
基本原理与特性
Principles & Methods
什么是视觉检测技术
用机器代替人眼来做测量和判 断。视觉检测是指通过机器视 觉产品将被摄取目标转换成图 像信号，传送给专用的图像处 理系统，根据像素分布和亮度、 颜色等信息，转变成数字化信 号；图像系统对这些信号进行 各种运算来抽取目标的特征， 进而根据判别的结果来控制现 场的设备动作。
CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 互补金属氧化物半导体
CCD像素单元基本结构
CCD成像原理
CCD图像传感器
光敏元件阵列
光电转换
光学图像 电信号图像
¦
¦
光强空间 电荷空间
分布
分布
电荷转移器件：CTD
CTD：Charge Transfer Device 电信号图像的读取与输出
第二部分
技术指标
Technical Indicators
工业相机的六大主要参数
分辨率：相机每次采集图像的C像am素R点e数co，rd对CL于60工0业x2数字相机一般是直接与光电传感器的像元数对应的。
像素深度：即每像素数据的位数，一般常用的是8Bit，对于工业数字数字相机一般还会有10Bit、
般为A3/Dμ转m换-10μm，一般像元尺寸越小，制造难度越大8，b图it /像1质0 b量it 也越不容易提高。
光谱动响态应范特围性：是指该像元传感器对不同光波的敏6感0 d特B 性(90，d一B o般pt响ica应l)范围是350nm－1000nm，一些
相机灵在敏靶度面前加了一个滤镜，滤除红外光线，如果系统2需5 V要/lu对x*红s 外感光时可去掉该滤镜
12B分it等辨。率
1280 x 1024 pixel
最大帧帧率率（：全相分机辨采率集）传输图像的速率，对于面阵相机一5般00为帧每/秒秒采集的帧数（Frames/Sec.），对于
线阵图相像机传机感为器每秒采集的行数（Hz）。
逐行扫描CMOS传感器
曝光曝方光式时和间快门速度：对于工业线阵相机都是逐行曝光的>=方1式μs，可以选择固定行频和外触发同步的采
电荷耦合器件CCD
CCD：Charge Coupled Device 类似：移位寄存器的移位功能
CCD成像原理
半导体的光电效应
电子能量 E
h
电子
空穴
导带 禁带 价带
h Eg
CCD成像原理
CCD成像原理
CCD成像原理
CMOS像素单元基本结构
CMOS像素单元基本结构
无源像素传感器
光敏二极管型有源像素传感器
集方有式效，感曝光光区时域间可以与行周期一致，也可以设定17一.92个m固m定x 的14时.34间m；m面阵相机有帧曝光、场曝光和滚 动行曝光等几种常见方式，工业数字相机一般都提供外触发采图的功能。快门速度一般可到10微秒，
高速光相学机尺还寸可以更快。
22.95 mm
像元像尺元寸尺：寸像元大小和像元数（分辨率）共同决定了1相4 μ机m靶x面14的μm大小。目前工业数字相机像Application Scenarios
视觉检测技术的应用
工业产品外观检测
视觉检测技术的应用
OCR字符识别
视觉检测技术的应用
人脸识别
视觉检测技术的应用
自动驾驶
第四部分
最新成果与前景
Latest Achievements & Prospectives
工艺
双目相机
结构光
AI+视觉检测
产品特点 1、打破以往视觉检测的封闭环境，无需编程。按 照软件“傻瓜式”提示即可完成样板学习并执行 识别任务，上手简单。客户可根据需要教会AISentry来完成复杂的识别任务。 2、精准定位与精确分类，系统准确率可优于99%。 AI-Sentry可对指定位置做亚像元级实时定位，通 过深度学习智能识别，可同时区分多达1000种不 同部件。 3、AI-Sentry应用非常广泛。在3C制造领域，可 应用于手机壳、手机辅料、电路板、屏幕、电子 物料等元件的检测问题；在五金、食品、包装、 汽车等领域也可广泛应用。 4、AI-Sentry系统兼容性很强。可单独运行于 Win7/10及以上平台，只需额外配置NVIDIA独显 支持。搭配上普密斯专属机器视觉配件，产品可 集成为完整的机器视觉系统，解决更多客户需求。
视觉检测技术
Visual Inspection Technology
Fresh business general template Applicable to enterprise introduction, summary report, sales marketing, chart data
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CCD与CMOS的性能比较
性能指标 暗电流（PA/M^2） 电子-电压转换率
动态范围 响应均匀性 读出速度（Mpixels/s）
功耗 工艺难度 信号输出方式 集成度 应用范围 性价比
CCD 10 略小 大 好 70 大 大 顺序逐个输出 低 高端、军用 低
CMOS 10-100
大 略小 略差 1000 小 小 X-Y寻址可随机采样 高 低端、民用 高
什么是视觉检测技术
• 以机器视觉为基础 • 融合光电子学、计算机技术、激光技术、图像处理技术等现代科技 • 非接触、全视场测量、高精度、自动化程度高的特点 • 在线监测、动态监测、实时分析、实时控制的能力
硬件检测+软件算法
视觉检测系统的硬件组成
光源 镜头 相机 存储器 计算机
传感器的分类
CCD（Charge Coupled Device） 电荷耦合器件图像传感器