视觉传感器技术是传感技术七大类中的一类。视觉传感器是指：利用光学元件和成像装置**外部环境图像信息的仪器，通常用图像分辨率来描述视觉传感器的性能，视觉传感器的进度与分辨率、被测物体的检测距离相关，被测物体距离越远，其绝对的位置精度越差。

机器人视觉是使机器人具有视觉感知功能的系统，机器人视觉可以通过视觉传感器获取环境的一维、二维和三维图像，并通过视觉处理器进行分析和解释，进而转换为符号，让机器人能够辨识物体，并确认物体位置及各种状态。

视觉传感器的基本原理

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。在捕获图像之后，视觉传感器将其与内存中存储的基准图像进行比较，分析，例如，若视觉传感器被设定为辨别正确地插有八颗螺栓的机器部件，则传感器知道应该拒收只有七颗螺栓的部件，或者螺栓未对准的部件，此外，无论该机器部件位于视场中的哪个位置，无论该部件是否在360度范围内旋转，视觉传感器都能做出判断。

视觉传感器技术的分类

1. 3D视觉传感技术

3D图像信息的获取都是基于某种图像传感器获取、量化图像信息，这些图像传感器有直接获取可见光的图像，也有间接通过监测辐射、红外线、X射线或者超声波来获取图像信息。不同的传感器技术有不同的分辨率、精度和噪声，因此从图像传感器获取的信息中提取有用信息进行分析成为广大科技工作者的研究课题。

3D视觉传感器具有广泛的用途，比如多媒体手机、网络摄影、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、虚拟现实等，这些不同的也应用均是基于3D视觉图像传感器技术。

2. 智能视觉传感技术

智能视觉传感器技术是指一种高度集成化、智能化的嵌入式视觉传感技术，它取代了PC平台的视觉系统，智能视觉传感技术将视觉传感器、数字处理器、通信模块及其他外围设备集尘在一起，成为一个能独立完成图像采集、分析处理、信息传输一体化的智能视觉传感器。

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了一个单一的相机内，由于这种一体化设计，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。

视觉传感器的关键技术

视觉传感器的图像采集单元主要由CCD/CMOS相机、光学系统、照明系统和图像采集卡组成，将光学影像转换成数字图像，传递给图像处理单元。通常使用的图像传感器主要有CCD图像传感器和CMOS图像传感器两种。

1. CCD图像传感器

CCD及电子耦合组件，她就想传统相机的底片一样的感光系统，是感应光线的电路装置。CCD图像传感器由微镜头、滤色片、感光元件三层组成。CCD图像传感器的每一个感光元件由一个光电二极管和控制相邻电荷的存储单元组成光电管用于捕捉光子用，它将光子转化为电子，收集到的光线越强，产生的电子数量就越多，而电子信号越强则越容易被记录且不易丢失，图像细节则更加丰富。

成像原理

使用二极管将光线转换为电荷，当拍摄者对焦完毕按下快门的时候，光线通关打开的快门通过马赛克色块射入在CCD图像传感器上，感光二极管在接受光电子的装机后释放电子，所产生电子的数目与该感光二极管感应到的光成正比。在本次曝光结束之后，每个感光二极管含有不同数量的电子，而我们在显示器上面看到的数码图像就是通过电子数量的多与少来进行表示和存储，然后控制电路从CCD中读取图像，进行红R、绿G和蓝B三原色合成，并且放大和将其数字化，这些数字信号并存入数码相机的缓存内，最后写入相机的移动存储介质完成数码相片拍摄。

优点

高解析度、低杂讯、高灵敏度、动态范围广、良好的线性特性曲线、大面积感光、低影像失真、提为、重量轻、低耗电、不收磁场影响、电荷传输效率佳、可大批量生产、品质稳定、坚固、不易老化。

缺点

随着CCD应用范围的扩大，其缺点逐渐暴露：首先，CCD芯片技术工艺复杂，不能与标准的工艺兼容，其次，CCD技术芯片需要的电压功耗大，因此CCD技术芯片价格昂贵且使用不便。

2. CMOS图像传感器

工作原理

首先，外界光照射像素阵列，发生光电效应，在像素单元内产生相应的电荷。行选择逻辑单元根据需要，选通相应的行像素单元。行像素单元内的图像信号通过各自所在列的信号总线传输到对应的模拟信号处理单元以及A/D转换器，转换成数字图像信号输出。其中的行选择逻辑单元可以对像素阵列逐行扫描也可隔行扫描。行选择逻辑单元与列选择逻辑单元配合使用可以实现图像的窗口提取功能。模拟信号处理单元的主要功能是对信号进行放大处理，并且提高信噪比。另外，为了获得质量合格的实用摄像头，芯片中必须包含各种控制电路，如曝光时间控制、自动增益控制等。为了使芯片中各部分电路按规定的节拍动作，必须使用多个时序控制信号。为了便于摄像头的应用，还要求该芯片能输出一些时序信号，如同步信号、行起始信号、场起始信号等。

视觉传感器技术的应用

1. 汽车车身视觉检测系统

主体是多个视觉传感器，包括机械运送机构、机械定位机构、电子控制设备、计算机等相关组成部分。

优点：测量效率高、测量工作全部自动完成、车身视觉测量系统的组成灵活

2. 三维形貌视觉测量

测量的对象通常是大型或具有复杂表面的物体，受相机视场和测量视角的限制，通常分为局部三维形貌信息获取和整体拼接两部分。

形貌整体拼接的实质就是将分块局部形貌测量数据统一到公共坐标系下，完成对被测形貌的整体描述，为控制整体精度，避免误差累积，采用全局控制点拼接方法。

3. 钢管直线度、截面尺寸在线视觉测量系统

测量原理：测量系统由多个结构光传感器组成，传感器上结构光投射器投射的光平面和被测钢管相交，得到钢管截面圆轴上的部分圆弧，传感器测量部分圆弧在空间中位置，系统中每一个传感器实现一个截面上部分圆弧的测量，通过适度的数学方法，由圆弧拟合得到截面尺寸和截面圆心的空间位置，由圆心分布的空间包络，得到直线度参数。