主要记录机器视觉领域的一些基本概念及一些实践中的tricks。
CCD
CCD（Charge-Coupled Device）即电荷耦合器件,通常称为CCD图像传感器，是一种半导体器件，当入射光线照射到CCD芯片上的感光单元（微小光敏物质，即像素（Pixel）），光子会被转为电子，这些电子在像素内累计形成电荷。一块CCD芯片上包含的感光单元越多，其成像分辨率也就越高。其成像过程如下：
光电转换
入射光线通过光电二极管转换为电荷
电荷积累
光敏元件根据光强的不同积累不同数量的电荷
电荷转移
通过电荷转移机制，逐行、逐列将电荷移至输出放大器
电压转换
输出放大器将电荷信号转为电压信号，并传递给模数转换器（ADC），生成数字图像数据
CMOS
CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）成像原理与CCD成像原理类似，但CMOS成像器件的电荷转移和电压转换过程在同一块硅片上完成，因此CMOS成像器件的结构更加简单，成本更低，功耗更低，适用于高分辨率、低功耗的成像应用。
CCD与CMOS成像器件的对比如下：
| 特性 | CCD | CMOS |
|---|---|---|
| 图像质量 | 高、噪声低，均匀性好 | 略低，噪声高 |
| 制造成本 | 高 | 低 |
| 功耗 | 高 | 低 |
| 读取速度 | 较慢 | 快 |
| 动态范围 | 宽 | 较窄 |
| 弱光性能 | 优 | 稍弱 |
通常来说，CCD通常用于高端相机、科学研究和天文观测等对图像质量要求极高的领域，而CMOS则广泛应用于消费类设备（如智能手机摄像头）、监控设备和工业检测等场景，其成本低、功耗低和速度快更具优势。需要注意的是由于CCD采用全局曝光，而CMOS相机使用卷帘曝光，所以在拍摄运动目标时，优先考虑CCD传感器。
Note 1. 全局曝光是传感器上所有像素在同一时刻开启曝光并在同一时刻曝光结束，将物体某时刻的状态成像，对运动物体而言，类似于将物体冻结了，所以适合拍摄高速运动的物体。
Note 2. 卷帘曝光是逐行（hang）顺序开启曝光，不同行间曝光的开启时刻有个很小的延迟，所以不适合运动物体的拍摄。
像素
像素是构成数字图像的基本单位，相机靶面上的一个感光单元为一个像素，每个像素点都拥有色调和嫉恶调等色彩信息，规则排列的像素集合可以形成一张完整的图像。
像素直径
像素直径，也称像元尺寸指每个CCD元件的大小，通常使用\(\mu m\)作为单位，严谨的说，此处的大小中包含了感光单元和信号传输通路，其与像素间距（即某个像素的中心到邻近一个像素的中心的距离）相同。如果像素直径较小，则图像将通过较小的像素进行描绘，因此可以获得更加精细的图像，显然通过像素间距和有效像素数可以直接求出CCD元件中感光区域的大小（即CCD元件的总面积）
相机靶面尺寸
相机靶面尺寸指用于接收光信号的传感器的尺寸，指的是传感器（工作区域为矩形）对角线长度。一般分为采用英寸单位表示和采用APS-C大小等规格表示这2种方式。采用英寸表示时，该尺寸并不是拍摄的实际尺寸，而是相当于摄像管的对角长度。比如1/2英寸的CCD表示拥有相当于1/2英寸的摄像管的拍摄范围。z之所以会如此计算，是由于当初制造CCD的目的就是用于代替电视机、录像机的摄像管。而想要继续使用镜头等光学器件的需求比较强烈，由此诞生了这种奇怪的规格，主要的英寸规格如下表所示。
| 尺寸(英寸) | 对角长度(mm) | 拍摄区域(wxh,mm) |
|---|---|---|
| 2/3 | 11 | 8.8x6.6 |
| 1/2 | 8 | 6.4x4.8 |
| 1/3 | 6 | 4.8x3.6 |
| 1/4 | 4.5 | 3.6x2.0 |
快门速度
快门速度在工业视觉中也称为曝光时间，表示CCD或CMOS感光元件中积累电荷的时间，单位为秒。快门速度越快，感光元件中积累电荷的时间越短，图像的亮度越低，图像的细节越少，图像的噪点越多。快门速度越慢，感光元件中积累电荷的时间越长，图像的亮度越高，图像的细节越多，图像的噪点越少。直观来看，快门速度可以用于调整光量。
曝光值
曝光值（EV，Exposure Value）是用于衡量图像整体亮度的一个综合指标，由一下三个主要因素决定：
- 快门速度
控制光线进入的时间，决定了运动模糊的程度，曝光时间过长，如果相机的感光元件在曝光期间，被拍摄的物体发生了运动，导致在单帧中记录下了物体的移动轨迹。
- 光圈（F值）
控制进入光线的量，决定了相机的景深
- 感光度(ISO)
控制感光元件对光线的灵敏度
其定义公式如下： \[ E_v = \log_2 \frac{N^2}{t} \]
增益
增益，是指将图像信号进行电子增幅的过程，增益越大，图像的亮度越高，但噪声也会随之增加。在暗区拍摄图像时，往往通过增加增益来提高图像的亮度，但也会导致图像噪声的增加。因此，在拍摄图像时，需要根据实际情况合理选择增益值，以达到最佳的图像质量。
面阵相机
面阵相机（Area Scan Camera）指感光单元（像素）按矩阵形式排列的相机，其一次拍摄即可捕获整个二维图像，常见视觉检测场景基本都是使用面阵相机，也常用于结构光三维重建。
线阵相机
线阵相机（Line Scan Camera）指感光单元（像素）按线性形式排列的相机，其一次拍摄只能捕获一行图像，成像时，需要通过移动相机或被检测物体来获取整个二维图像。相较于面阵相机，其拥有更高的分辨率，成像质量更高，同时需要配合编码器来配合触发拍照，并使用线型光源，常用于纸张、纺织品、金属板等表面缺陷检测场景。
通讯方式
USB接口
支持热插拔、标准统一，可连接多个设备，同时相机也可以通过USB线缆供电
Gige千兆以太网接口
可以简单方便的进行多相机设置，支持100米线材输出，是一种基于千兆以太网通信协议开发的相机接口标准
Cameralink接口
专门针对高速图像数据传输设计的通讯接口，是一种串行通讯协议，采用LVDS接口标准，传输速度快、抗干扰能力强、功耗低。
工作距离（WD）
指的是镜头的最下端到景物之间的距离。一般的镜头是可以看到无限远的，也就是说是没有上限的。
视场角（FOV）
指镜头所能覆盖的范围。(相机实际拍摄到的区域尺寸)一个摄像机镜头能涵盖多大范围的景物，通常以角度来表示，这个角度就叫镜头的视角FOV。焦距越长，FOV越小，焦距越短，FOV越大
光圈
光圈是一个用来控制光线透过镜头进入机身内感光面光量的装置。当光线不足时，我们把光圈调大，自然可以让更多光线进入相机，反之亦然。一般通过调整通光孔径大小来调节光圈，完整的光圈数值系列如下：F1，F1.4，F2，F2.8，F4，F5.6，F8，F11，F16，F22，F32，F44，F64。用F表示，以【镜头焦距f和通光孔径D的比值】(即，相对孔径的倒数，也就是“焦距÷有效孔径”)来衡量，每个镜头上都标有最大F值，例如：8mm/F1.4代表最大孔径D为5.7mm. > F值越小、光圈越大、进光量越大；F值越大、光圈越小、进光量越小。
焦距
焦距就是镜头到成像面的距离，比如：50mm镜头，8mm镜头还是75mm镜头等。这些就是镜头到成像面的距离，也就是焦距，单位是毫米。 > 焦距的大小决定着视角大小，焦距越大，视角越小，观察范围越小；焦距越小，视角越大，观察范围也越大
景深
景深与视野相似，不同的是景深指的是纵深的范围，视野指的是横向的范围。在最小工作距离到最大工作距离之间的范围称为景深，景深内的物体都可以清晰成像。景深一般可以通过光圈调节，光圈越小，景深越大。景深与镜头使用光圈、镜头焦距、拍摄距离以及对像质的要求(表现为对容许弥散圆的大小)有关。在假定其它条件不变的情况下：
- 光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大
- 镜头焦距越长，景深越小；焦距越短，景深越大
- 拍摄距离越远，景深越大；距离越近，景深越小
总而言之，对于对景深有要求的项目，尽可能使用小的光圈；在选择放大倍率的镜头时，在项目许可下尽可能选用低倍率镜头。如果项目要求比较苛刻时，倾向选择高景深的尖端镜头。
同轴光源
同轴光照明,是指经被测物反射的光线与镜头光轴平行的照明方式,同轴光源是机器视觉光源里唯一一种能直接在镜头正下方使用的光源，能提供来自镜头方向的照明角度。
同轴光源
同轴光源成像同轴光源的发光区在侧面，出射的光线经过有特殊涂层的分光镜或分光棱镜，一半光线透过后被吸光材料吸收，而另一半光线被反射后照射在被测物表面，经被测物表面反射后经镜头到相机芯片成像。根据实际需要，可设计为不同的发光尺寸。由于光学结构特殊，当扩大发光区宽度时，光源的高度也需要随之改变。 同轴光源可以消除物体表面不平整引起的阴影，从而减少干扰；部分采用分光镜设计，减少光损失，提高成像清晰度，均匀照射物体表面。应用领域:系列光源最适宜用于反射度极高的物体，如金属、玻璃、胶片、晶片等表面的划伤检测，芯片和硅晶片的破损检测，Mark点定位，包装条码识别。
背光源
用高密度LED阵列面提供高强度背光照明，能突出物体的外形轮廓特征，尤其适合作为显微镜的载物台。红白两用背光源、红蓝多用背光源，能调配出不同颜色，满足不同被测物多色要求。应用领域:机械零件尺寸的测量，电子元件、IC的外型检测，胶片污点检测，透明物体划痕检测等。
条形光源
条形光源是较大方形结构被测物的首选光源；颜色可根据需求搭配，自由组合；照射角度与安装随意可调。应用领域:金属表面检查，图像扫描，表面裂缝检测，LCD面板检测等。
环形光源
环形光源提供不同照射角度、不同颜色组合，更能突出物体的三维信息；高密度LED阵列，高亮度；多种紧凑设计，节省安装空间；解决对角照射阴影问题；可选配漫射板导光，光线均匀扩散。应用领域:PCB基板检测，IC元件检测，显微镜照明，液晶校正，塑胶容器检测，集成电路印字检查
AOI专用光源
不同角度的三色光照明，照射凸显焊锡三维信息；外加漫射板导光，减少反光；不同角度组合；应用领域:用于电路板焊锡检测。
球积分光源
具有积分效果的半球面内壁，均匀反射从底部360度发射出的光线，使整个图像的照度十分均匀。应用领域:合于曲面，表面凹凸，弧形表面检测，或金属、玻璃表面反光较强的物体表面检测。
线形光源
超高亮度，采用柱面透镜聚光，适用于各种流水线连续检测场合。应用领域:阵相机照明专用，AOI专用。
点光源
大功率LED，体积小，发光强度高；光纤卤素灯的替代品，尤其适合作为镜头的同轴光源等；高效散热装置，大大提高光源的使用寿命。应用领域:适合远心镜头使用，用于芯片检测，Mark点定位，晶片及液晶玻璃底基校正。
组合条形光源
四边配置条形光，每边照明独立可控；可根据被测物要求调整所需照明角度，适用性广。应用案例:CB基板检测，IC元件检测，焊锡检查，Mark点定位，显微镜照明，包装条码照明，球形物体照明等。
对位光源
对位速度快；视场大；精度高；体积小，便于检测集成；亮度高，可选配辅助环形光源。应用领域:VA系列光源是全自动电路板印刷机对位的专用光源。