工業相機是機器視覺中最核心的元件，其功能就是將來自鏡頭的光訊號轉換為電訊號，並將轉換為對應的模擬或數字訊號，並將這些資訊傳輸到處理器中，完成對這些影象資訊的處理和分析。在工業相機內部，最重要的就是其感測器晶片，也就是我們常說的感光晶片。

相機的工作原理

感測器是相機的核心部件，目前相機常用的感光晶片有CCD（ChargeCoupledDevice電荷耦合器件）和CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor互補金屬氧化半導體）兩類。CCD和CMOS影象感測器感光原理類似，基本上都是利用感光二極體（photodiode）進行光與電的轉換，將影象轉換為數字資訊，它們的主要差異在數字訊號傳送方式的不同。

1 CCD感測器晶片

CCD影象感測器每一行中每一個畫素（pixel）電荷訊號都會依序傳送到下一個畫素中，由最底端的部分輸出，再經由感測器邊緣的放大器進行放大輸出，其工作原理圖如下：

在感光元器件收到光照後，感光元件會生成對應的電流，電流大小與光強度對應，因此感光元器件輸出的電訊號是模擬訊號。在CCD感光器件中，每一個感光元件都不對此電流做處理，而是將它直接輸出到垂直暫存器，傳到水平暫存器中，然後才能統一輸出。

由於感光元件生成的電訊號實在太微弱，再加上會產生大量的電壓損耗，無法進行模數轉換工作，因此這些輸出資料必須做一個統一的放大處理，因而會在水平暫存器之後放一個放大器，經過放大器的放大處理之後，每個畫素點的電訊號強度獲得同樣幅度的增大。

常用的CCD有3種結構，分別為全幀轉移（Fullframe）、幀傳輸（Frametransfer）和行轉移（InterlineTransfer）。

全幀轉移CCD感測器的感光區域和儲存區域在一起，即感光單元也是電荷暫存器，這樣做的優點就是填充因子（fillfactor）可達到100%，感測器靈敏度高；缺點就是缺點：由於傳輸和讀出使用的時鐘相同，因此Sensor上面的部分曝光時間比下面的長，這會造成Smear（漏光）現象。

幀傳輸CCD感測器的感光區和儲存區完全分開，且大小相等。這種感測器的優點就是填充因子（fillfactor）可達到100%，在讀出過程中，可對下一幀曝光；在曝光時間較長的情況下，Smear現象比FullFrameArraySensor小很多。缺點：需要兩個Sensor，成本高。

行轉移CCD感測器中的單個像素面積中包含了感光區和儲存區，這樣感光電子轉移時間非常短，約為1us，因此不會出現Smear現象，不需要使用機械快門或閃光燈。缺點就是由於遮蔽區佔用了Sensor的部分面積，因此使得此種感測器填充因子只能在20%~70%，透過微透鏡可以增加填充因子。

2 CMOS感測器晶片

在CMOS影象感測器中，每個畫素都會連線一個放大器及模數轉換電路，用類似記憶體電路的方式將訊號輸出。CMOS感測器中在每個畫素單元中，除感光部分外，還有放大器和讀出電路部分，整個CMOS感測器還集成了定址電路、放大器和A/D。由於每個畫素單元都集成了一個放大器，就會造成很多噪聲的形成，進而導致成像質量的下降。

3 CCD與CMOS的對比

CMOS感測器相對於CCD感測器，成本較低，功耗較低，滿阱能力較低，噪聲相對於較大。