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视觉传感器有哪几种类型,视觉传感器分类介绍

来源：

2023-09-21

类别：基础知识

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1、视觉传感器分类介绍

;在当代视觉传感器的出现并且被广泛的应用到各行各业，就拿汽车行业来说吧。视觉传感器的应用无疑成为了推动汽车行业发展的一个得力助手。为什么这么说呢?原因如下：视觉传感器被用来检测汽车组装上的诸多问题。比如说：车门边框上涂抹的胶珠是否有正确的宽度。当然这仅仅是其中的一个检测项目。下面就让我们一起来看看到底什么是视觉传感器呢?

视觉传感器是指：具有从一整幅图像捕获光线的数发千计像素的能力,图像的清晰和细腻程度常用分辨率来衡量,以像素数量表示,邦纳工程公司提供的部分视觉传感器能够瞧捕获130万像素,因此,无论距离目标数米或数厘米远,传感器都能"看到"细腻的目标图像,视觉传感器应用其基本要素是掌握如何应用视觉传感器的两个关键点的照明和软件工具。

通常视觉和图像传感器主要由像素感光元件、转换元件和转换电路组成。

1、像素感光元件感受从被测物体射过来的光。

2、转换元件是将像素感光元件输出量转换为电量参数，所以传感元件又称为变换器。

3、转换电路是将上述电量参数转换成电，然后送给其他的控制电路或显示电路等。

在视觉和图像传感器按其结构和元件不同可分为两大类：

1、电荷耦合器件，它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号。

2、互补性氧化金属半导体CMOS，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N和P级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。CCD型图像传感器噪声低，在很暗的环境条件下性能仍旧良好。CMOS型图像传感器质量高，可用低压电源驱动且外围电路简单。

以上就是小编为大家精心准备的相关内容，经过小编如此细致认真的讲解之后，相信你也一定是对视觉传感器很了解了，了解了视觉传感器在生活中的应用。并且还知道了它的几种分类，希望小编的文章能够扩宽你的知识面。好了，小编的讲解就到这里了。你如果还有什么问题不懂的话，那么就请关注我们土巴兔，我们会为你及时解决一些问题的。

2、CMOS图像传感器都有那些种类

▲CMOS 传感器产品分类(按像素阵列单元结构)

无源像素型 CMOS 传感器(PPS)：　　20 世纪 90 年代初，第一代 CMOS 传感器——无源像素型 CMOS 传感器进入中国市场。无源像素型 CMOS 传感器(PPS)由一个反向偏置的光敏二极管和一个开关管构成。无源像素单元结构简单、像素填充率高且量子效率高，但受传输线电容大等因素的影响，无源像素型 CMOS 的信噪比低、成像质量差，并且伴随像素个数的增加，读出噪声加大，是早期 CMOS 传感器多选用的一类结构，目前 CMOS 传感器行业的领先供应商豪威科技有限公司旗下产品仍以无源像素型 CMOS 传感器为主。

有源像素型 CMOS 传感器(APS)：　　有源像素型 CMOS 传感器作为第二代 CMOS 传感器，大幅度改善了 CMOS 传感器的读出噪声、数据读出速度。有源像素型 CMOS 传感器(APS)的像素内部通常包含一个有源器件，即每组像素顶端装有一个放大器，该放大器在像素内部起放大或缓冲效果，具有良好的消噪功能。有源像素型 CMOS 传感器是目前市场的主流选择，其每一个像素均会连接一个放大器及 ADC 电路，放大器仅在读出期间被激活，因此有源像素型 CMOS 传感器相对其他类型固态图像传感器的功耗较小。

APS 可进一步划分为光敏二极管型 APS 和光栅型APS：①光敏二极管型 APS 的量子效率更高，输出图形信号质量较优，读出噪声通常为75~100 个电子，此结构适用于中低档应用场景;②光栅型 APS 结构可有效控制固定图形噪声，读出噪声多为 10~20 个电子，但光栅型 APS 制作工艺复杂，与传统的 CMOS 制作工艺有所区别，并且量子效率较低，整体优势不明显。有源像素型 CMOS 传感器技术较为成熟，是图像传感器市场的主流选择。

数字像素 CMOS 传感器(DPS)：　　20 世纪末，美国斯坦福大学发明 DPS CMOS 传感器，即利用像素级模数转换器及存储单元，捕捉光信号后直接将其转换为数字信号输出，解决 CCD 图形传感器在处理动态范围和色彩真实性方面不足的问题，降低信号在像素排列中的衰减和干扰从而提升成像质量。

CMOS 传感器根据感光元件安装位置不同可分为：前照式(FSI) 、背照式(BSI)及堆栈式(Stack)：　　

▲CMOS 传感器产品分类(按感光元件安装位置)

前照式(FSI)：传统的 CMOS 传感器多采用前照式结构，即自上而下分别是透镜层、线路层及感光元件层。采用 FSI 结构的 CMOS 传感器当光线到达感光元件层时须经过线路层的开口，易造成光线损失。

背照式(BSI) ：背照式 CMOS 传感器是将感光元件层更换位置至线路层的上方，感光层仅保留感光元件的部分逻辑电路，促使光线可直接到达感光元件层，从而减少光线反射等因素带来的光线损失。与前照式 CMOS 传感器相比，背照式 CMOS 传感器的感光效果显著提升，但生产工艺难度大且成本较高。

堆栈式(Stack) ：堆栈式结构是在背照式基础上的改良，将所有线路层移至感光元件的底层，缩小了芯片的整体面积，此外，感光元件周围的逻辑电路也相应移至底层，可有效抑制电路噪声从而获取更优质的感光效果。堆栈式 CMOS 传感器的制作工艺与成本高于 BSI 结构的 CMOS 传感器，对生产企业的技术水平要求极高。

3、机器人的视觉传感器有哪些？

如今的机器人已具有类似人一样的肢体及感官功能,有一定程度的智能,动作程序灵活,在工作时可以不依赖人的操纵。而这一切都少不了传感器的功劳,传感器是机器人感知外界的重要帮手,它们犹如人类的感知器官,机器人的视觉、力觉、触觉、嗅觉、味觉等对外部环境的感知能力都是由传感器提供的,同时,传感器还可用来检测机器人自身的工作状态,以及机器人智能探测外部工作环境和对象状态。并能够按照一定的规律转换成可用输出信号的一种器件,为了让机器人实现尽可能高的灵敏度,在它的身体构造里会装上各式各样的传感器,那么机器人究竟要具备多少种传感器才能尽可能的做到如人类一样灵敏呢?以下是从机器人家上看到的，希望对你有用

根据检测对象的不同可将机器人用传感器分为内部传感器和外部传感器。

内部传感器主要用来检测机器人各内部系统的状况,如各关节的位置、速度、加速度温度、电机速度、电机载荷、电池电压等,并将所测得的信息作为反馈信息送至控制器,形成闭环控制。

而外部传感器是用来获取有关机器人的作业对象及外界环境等方面的信息,是机器人与周围交互工作的信息通道,用来执行视觉、接近觉、触觉、力觉等传感器,比如距离测量、声音、光线等。

具体介绍如下:

1、视觉传感器

机器视觉是使机器人具有感知功能的系统,其通过视觉传感器获取图像进行分析,让机器人能够代替人眼辨识物体,测量和判断,实现定位等功能。业界人士指出,目前在中国使用简便的智能视觉传感器占了机器视觉系统市场60%左右的市场份额。视觉传感器的优点是探测范围广、获取信息丰富,实际应用中常使用多个视觉传感器或者与其它传感器配合使用,通过一定的算法可以得到物体的形状、距离、速度等诸多信息。

以深度摄像头为基础的计算视觉领域已经成为整个高科技行业最热门的投资和创业热点之一。有意思的是,这一领域的许多尖端成果都是由初创公司先推出,再被巨头收购发扬光大,例如Intel收购RealSense实感摄像头、苹果收购Kinect的技术供应商PrimeSense, Oculus又收购了一家主攻高精确度手势识别技术的以色列技术公司PebblesInterfaces。在国内计算视觉方面的创业团队虽然还没有大规模进入投资者的主流视野,但当中的佼佼者已经开始取得了令人瞩目的成绩。

深度摄像头早在上世纪 80 年代就由 IBM 提出相关概念,这家持有过去、现在和未来几乎所有硬盘底层数据的超级公司,可谓是时代领跑者。2005年创建于以色列的 PrimeSense 公司可谓该技术民用化的先驱。当时,在消费市场推广深度摄像头还处在概念阶段,此前深度摄像头仅使用在工业领域,为机械臂、工业机器人等提供图形视觉服务。由它提供技术方案的微软Kinect成为深度摄像头在消费领域的开山之作,并带动整个业界对该技术的民用开发。

2、声觉传感器

声音传感器的作用相当于一个话筒(麦克风)。它用来接收声波,显示声音的振动图象。但不能对噪声的强度进行测量。声觉传感器主要用于感受和解释在气体(非接触感受)、液体或固体(接触感受)中的声波。声波传感器复杂程度可以从简单的声波存在检测到复杂的声波频率分析,直到对连续自然语言中单独语音和词汇的辨别。

据悉,从20世纪50年代开始,BELL实验室开发了世界上第一个语音识别Audry系统,可以识别10个英文数字。到20世纪70年代声音识别技术得到快速发展,动态时间规整(DTW)算法、矢量量化(VQ)以及隐马尔科夫模型(HMM)理论等相继被提出,实现了基于DTW技术的特定人孤立语音识别系统。近年来,声音识别技术已经从实验室走向实用,国内外很多公司都利用声音识别技术开发出相应产品。比较知名的企业有思必驰、科大讯飞以及腾讯、百度等巨头,共闯语音技术领域。

3、距离传感器

用于智能移动机器人的距离传感器有激光测距仪(兼可测角)、声纳传感器等,近年来发展起来的激光雷达传感器是目前比较主流的一种,可用于机器人导航和回避障碍物,比如SLAMTEC-思岚科技研发的RPLIDARA2激光雷达可进行360度全方面扫描测距,来获取周围环境的轮廓图,采样频率高达每秒4000次,成为目前业内低成本激光雷达最高的测量频率。配合SLAMTEC-思岚科技的SLAMWARE自主定位导航方案可帮助机器人实现自主构建地图、实时路劲规划与自动避开障碍物。

4、触觉传感器

触觉传感器主要是用于机器人中模仿触觉功能的传感器。触觉是人与外界环境直接接触时的重要感觉功能,研制满足要求的触觉传感器是机器人发展中的技术关键之一。随着微电子技术的发展和各种有机材料的出现,已经提出了多种多样的触觉传感器的研制方案,但目前大都属于实验室阶段,达到产品化的不多。

5、接近觉传感器

接近觉传感器介于触觉传感器和视觉传感器之间,可以测量距离和方位,而且可以融合视觉和触觉传感器的信息。接近觉传感器可以辅助视觉系统的功能,来判断对象物体的方位、外形,同时识别其表面形状。因此,为准确抓取部件,对机器人接近觉传感器的精度要求是非常高的。这种传感器主要有以下几点作用:

发现前方障碍物,限制机器人的运动范围,以避免不障碍物収生碰撞。

在接触对象物前得到必要信息,比如与物体的相对距离,相对倾角,以便为后续动作做准备。获取物体表面各点间的距离,从而得到有关对象物表面形状的信息。

6、滑觉传感器

滑觉传感器主要是用于检测机器人与抓握对象间滑移程度的传感器。为了在抓握物体时确定一个适当的握力值,需要实时检测接触表面的相对滑动,然后判断握力,在不损伤物体的情况下逐渐增加力量,滑觉检测功能是实现机器人柔性抓握的必备条件。通过滑觉传感器可实现识别功能,对被抓物体进行表面粗糙度和硬度的判断。滑觉传感器按被测物体滑动方向可分为三类:无方向性、单方向性和全方向性传感器。其中无方向性传感器只能检测是否产生滑动,无法判别方向;单方向性传感器只能检测单一方向的滑移;全方向性传感器可检测个方向的滑动情况。这种传感器一般制成球形以满足需要。

7、力觉传感器

力觉传感器是用来检测机器人自身力与外部环境力之间相互作用力的传感器。力觉传感器经常装于机器人关节处,通过检测弹性体变形来间接测量所受力。装于机器人关节处的力觉传感器常以固定的三坐标形式出现,有利于满足控制系统的要求。目前出现的六维力觉传感器可实现全力信息的测量,因其主要安装于腕关节处被称为腕力觉传感器。腕力觉传感器大部分采用应变电测原理,按其弹性体结构形式可分为两种,筒式和十字形腕力觉传感器。其中筒式具有结构简单、弹性梁利用率高、灵敏度高的特点;而十字形的传感器结构简单、坐标建立容易,但加工精度高。

8、速度和加速度传感器

速度传感器有测量平移和旋转运动速度两种,但大多数情况下,只限于测量旋转速度。利用位移的导数,特别是光电方法让光照射旋转圆盘,检测出旋转频率和脉冲数目,以求出旋转角度,及利用圆盘制成有缝隙,通过二个光电二极管辨别出角速度,即转速,这就是光电脉冲式转速传感器。

加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。传感器在加速过程中,通过对质量块所受惯性力的测量,利用牛顿第二定律获得加速度值。根据传感器敏感元件的不同,常见的加速度传感器包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。

机器人要想做到如人类般的灵敏,视觉传感器、声觉传感器、距离传感器、触觉传感器、接近觉传感器、力觉传感器、滑觉传感器、速度和加速度传感器这8种传感器对机器人极为重要,尤其是机器人的5大感官传感器是必不可少的,从拟人功能出发,视觉、力觉、触觉最为重要,目前已进入实用阶段,但它的感官,如听觉、嗅觉、味觉、滑觉等对应的传感器还等待一一攻克。