三、CCD相机的结构组成与工作原理

CCD是一种半导体成像器件，具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点，典型的CCD相机主要由CCD芯片、驱动电路、信号处理电路、电子接口电路、光学机械接口等组成。 其工作原理如下：

被拍摄物体的图像经过光学镜头聚焦至CCD芯片上，在驱动电路提供的驱动脉冲下CCD完成光电荷的转换、存储、转移和读取，从而将光学信号转换为电信号输出，信号处理电路接收来自CCD的电信号，并进行采样保持、相关双采样、自动增益控制等预处理，然后进行视频信号合成，即将CCD所输出的电信号转换为所需要的视频格式输出。

注：自动增益控制是指：使放大电路的增益自动地随信号强度而调整的自动控制方法

四、CCD相机的传感器尺寸选择

工业中我们一般常用的CCD尺寸有如下类型，选型时要明确自己需要的传感器尺寸后才能去选择镜头，本文主要讲的是关于面阵相机的选型技巧。

当我们把CCD的尺寸确定好以后，就可以去选择合适的镜头了，而所有的镜头都有最大兼容的CCD尺寸，所以在实际选型时，一般遵循镜头最大兼容CCD尺寸≥CCD尺寸，如果选择的镜头小于CCD尺寸，则会丢失边缘的图像。相机镜头的CCD尺寸的选择关系如下表：

五、CCD相机的选型参数

  1.分辨率：

  分辨率由相机所采用的芯片分辨率决定，是芯片阵列排列的像元数量，对于面阵相机来说水平分辨率和垂直分辨率相乘即为相机的分辨率。

例如：一个相机的分辨率是1280（H）×1024（V），表示每行的像元数量是1280，像元的行数是1024，此相机的分辨率是130万像素。在对同样大小的视场成像时，分辨率越高，对细节的展示越明显。目前常用相机的分辨率有30万，80万，130万，200万，500万、1000万等。

  在我们了解了CCD相机分辨率的概念之后就要知道该怎么去选择它，分辨率一般用于视场和视觉系统精度的计算，在实际的选型中分辨率，感光芯片尺寸和图像单位（像素）之间的关系是：单方向芯片尺寸/相机单方向分辨率=单方向像素尺寸。通过计算，我们就能知道这套视觉系统所能达到的理论精度。下表为相机分辨率与水平/垂直分辨率之间的关系。

实际工作中我们一般能拿到的信息基本都是产品尺寸及测量精度。通过产品尺寸我们一般可以确定相机的视野大小，下面我们通过一个实例计算来更好的了解相机分辨率与精度之间的关系。

例1：

已知相机视野大小为6mm*5mm，要求精度为0.01mm，则需要选一款多大分辨率的相机？

  具体计算方式为：X方向分辨率：6/0.01=600px    Y方向分辨率：5/0.01=500px  

则分辨率为30W的相机理论上能达到要求精度，但实际选择中，我们一般会以4个像素大小作为相机可达到的具体检测尺寸为基准，这样的话我们在实际选型中应该选择30*4=120w的相机。

在上面的案例中，我们提到了一个概念“最小检测尺寸”，那么什么是最小检测尺寸呢？

其实和最小检测尺寸同时存在的还有一个概念叫尺寸公差， 在实际的检测应用中，最小检测尺寸的概念一般用于外观检测，通常以4个像素单位作为基准，也就是相机对被测物识别的有效像素的最小单位。而我们在做常规的尺寸测量的时候，具体像素基准其实是要看算法能力的，如果需要管控成本，那就需要降低像素基准，通过提高算法能力去做，如果对成本不敏感，那就可以提高像素基准，但是成本相对来说也会提高。

一般在对相机与镜头选型时，在分辨率匹配方面，为了方便记忆镜头与相机的匹配关系，人们常采用对应相机的分辨率来命名镜头。这种命名方式其实并不科学，同时给新接触视觉系统的人带来了很多误解，经常会机械的套用百万像素分辨率相机对应百万像素镜头，二百万像素分辨率相机对应二百万像素镜头，而五百万像素分辨率相机则对应五百万像素镜头。其实镜头与相机对应的并不是相机自身的像素分辨率（像素数），而是各自的极限空间分辨率(即传递函数MTF对应的空间截止频率）。

按目前公开的性能指标，百万像素的镜头对应的极限空间分辨率为90线对/mm，两百万像素的镜头对应的极限空间分辨率为110线对/mm，五百万像素的镜头对应的极限空间分辨率为160线对/mm。按照相机镜头的匹配原则，镜头的极限分辨率需大于或等于相机的极限分辨率，那么百万像素镜头配合的相机的极限分辨率必须小于90线对/mm，两百万像素镜头和五百万像素镜头所配相机的原理相同。

那么怎样知道相机的极限空间分辨率呢？

相机的极限空间分辨率不是由相机自身的分辨率决定，而是由相机芯片的单个像元尺寸决定。具体计算公式如下： 1/（单个像元尺寸*2），单位：线对/mm 

例如，我们常用的AVT GUPPY Pro系列的F125B相机，其为130万，1/3寸CCD,其单个的像元尺寸为3.75um*3.75um.则此相机极限空间分辨率为： 1mm/(3.75um*2)=133.33线对/mm 由镜头的极限空间分辨率大于相机的极限空间分辨率可知，选择五百万像素的镜头较合适。

如下图为深圳市灿瑞光学的选型手册中所标镜头参数以及与相机分辨率匹配的计算方法。