相機傳感器是光敏檢測器，可將入射光子轉換為可由數字設備讀取的電信號。大多數相機使用 2D 陣列檢測器，為給定應用選擇正確的傳感器類(lèi)型通常需要在成本、所需的最終圖像分辨率和必要的讀出速度之間進(jìn)行權衡。

       最常見(jiàn)的相機傳感器類(lèi)型是電荷耦合器件 (CCD) 或互補金屬氧化物半導體 (CMOS) 圖像傳感器。這是兩種不同的傳感器技術(shù)，根據最終設備的可能運行條件，它們具有不同的優(yōu)勢和劣勢。

       從歷史上看，CCD 傳感器一直是高分辨率和弱光應用的首選傳感器。CCD 傳感器是一個(gè)像素陣列，由在受到光子撞擊時(shí)會(huì )產(chǎn)生電子的材料制成。一系列電極收集并讀出產(chǎn)生的電荷，通常通過(guò)單個(gè)放大器。通過(guò)將電荷轉移到其他像素上來(lái)讀取每個(gè)像素。由于放大級的設計，CCD 通常具有非常低的噪聲讀數。CCD 可以設計為在該檢測范圍的大部分范圍內具有出色的動(dòng)態(tài)范圍和良好的線(xiàn)性度，這可以簡(jiǎn)化許多測量。由于每個(gè)像素都需要單獨讀取，因此對于使用這種架構創(chuàng )建特別大的陣列檢測器來(lái)說(shuō)，讀取時(shí)間可能會(huì )出現問(wèn)題。

        然而，近年來(lái)，CMOS 技術(shù)取得了許多進(jìn)步，特別是對于小尺寸、輕量級的“片上相機”應用，CMOS 傳感器現在已成為最廣泛采用的技術(shù)。制造方面的改進(jìn)有助于降低噪聲水平，雖然很少有 CMOS 傳感器擁有與 CCD 傳感器相同的動(dòng)態(tài)范圍，但 CMOS 傳感器的功率效率和成本效益通?？梢詮浹a這一點(diǎn)。

機器視覺(jué)

        機器視覺(jué)是一個(gè)快速增長(cháng)的領(lǐng)域，2021 年價(jià)值 32.3 億美元，預計同比增長(cháng) 7.7%。機器視覺(jué)涉及視覺(jué)信息的捕獲，可能使用相機傳感器，以及圖像識別的使用，因此計算機可以將這些視覺(jué)信息“解釋”為有用的數據。

        機器視覺(jué)的成功和快速發(fā)展是因為它在一系列應用中的實(shí)用性，包括工業(yè)自動(dòng)化、自動(dòng)駕駛汽車(chē)和機器人的創(chuàng )建，以及更普遍的“智能”系統，其中設備可以響應環(huán)境中的外部刺激。開(kāi)發(fā)機器視覺(jué)系統的主要挑戰之一是創(chuàng )建視覺(jué)捕獲系統，該系統可以提供足夠高質(zhì)量的圖像，使自動(dòng)圖像識別算法能夠以高精度有意義地解釋數據。許多機器視覺(jué)應用程序也適用于不一定連接到有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )或電源的自動(dòng)駕駛汽車(chē)或機器人，因此任何圖像處理都需要足夠輕巧，以便可以在足夠短的時(shí)間內執行機器以具有有意義的響應，無(wú)需巨大的能量或計算需求。

CMOS 相機傳感器

       CMOS 傳感器已成為促進(jìn)許多機器視覺(jué)應用發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。許多自動(dòng)化任務(wù)需要 3D 對象識別，而不僅僅是 2D，因此通常必須使用多個(gè)攝像頭傳感器來(lái)提供不同的視點(diǎn)來(lái)識別所看到的完整 3D。CMOS 技術(shù)的成本效益特性使得更復雜的機器視覺(jué)應用現在在經(jīng)濟上可行。 CMOS 傳感器量子效率的提高也有所幫助，因為圖像需要更短的曝光時(shí)間，更具挑戰性的低光環(huán)境條件不再構成不可能的挑戰。

        相機傳感器的質(zhì)量是設備整體光學(xué)性能的關(guān)鍵，因此雖然可以使用聚焦光學(xué)器件和光圈來(lái)幫助創(chuàng )建更清晰的圖像，但芯片的質(zhì)量通常會(huì )決定最終分辨率。由于 CMOS 傳感器響應速度快且讀出時(shí)間非常短，因此它們可用于快速捕捉一系列圖像以應對動(dòng)態(tài)變化的情況。雖然從數據處理的角度來(lái)看，如果需要將許多圖像作為序列的一部分進(jìn)行分析，這非常具有挑戰性，但就總信息內容而言，此類(lèi)圖像堆棧提供了大量潛在的分析材料?？焖俨蹲綀D像還有助于規避運動(dòng)模糊等問(wèn)題。

機器視覺(jué)傳感器的發(fā)展

         機器視覺(jué)正在成為 CMOS 傳感器的一個(gè)巨大應用領(lǐng)域，盡管為應用選擇正確類(lèi)型的傳感器非常重要。 降低相機傳感器成本的一種方法是使用僅對單一顏色敏感的傳感器。然而，對于在圖像解釋步驟中經(jīng)常使用水果顏色作為有用信息的水果成熟度評估等應用，單一顏色檢測器可能不適合。為圖像捕獲和可在可見(jiàn)光區域之外運行的傳感器開(kāi)發(fā)更快的幀速率是機器視覺(jué)相機傳感器開(kāi)發(fā)的兩個(gè)主要領(lǐng)域。 更快的捕捉意味著(zhù)更少的運動(dòng)模糊問(wèn)題。許多應用也將受益于可以從紅外波長(cháng)獲得的光譜信息類(lèi)型。