本期機器視覺應用案例從相機開始，先聊一聊經常談到的CCD 相機與CMOS 相機，然后跟大家分享研華3.5”單板電腦MIO-5375在CCD 機器視覺檢測中的實際應用。

CCD VS CMOS 成像原理

CCD全稱“Charge-coupled Device”，電荷耦合元件，需要外加電壓輸出電荷信息。CMOS全稱“Compementary Metal Oxide Semiconductor”，互補金屬氧化物半導體，生成電荷自動輸出。

CCD與CMOS都是利用感光二極管進行光電轉換，但是成像原理卻各不相同。CCD傳感器中每一行中每一個像素的電荷數據都會依次傳送到下一個像素中，由最低端部分輸出，再經由傳感器邊緣的放大器進行放大輸出。而CMOS傳感器中，每個像素都緊接一個放大器和A/D轉換電路，層層轉換然后放大輸出。由于成像原理的不同，CCD與CMOS在如下幾個方面有著明顯差異。

1、分辨率與靈敏度

CMOS的單個像素單元包含了四個晶體管與感光二極管，其中包含了放大器和A/D轉換器，使得每個像素的感光區域遠小于像素本身；而CCD的成像單元只包含了感光元器件，因此在像素尺寸相同情況下靈敏度更高。同理，在相同尺寸的傳感器時，CCD的分辨率往往要優于CMOS。

2、噪聲差異

CCD是電荷逐級傳遞的成像設計，各個像素匯聚至邊緣再進行放大處理，可以保證數據在傳送時不會出現失真，且只有一次放大，噪聲小；而CMOS成像的數據是每個像素數據單獨放大，會產生疊加噪聲，影響成像質量。

3、集成性與成本

CMOS傳感器現有的大規模集成電路生產工藝相同，從而生產成本可以降低，同時可以將周邊電路，如ADC，DSP等必需電路集成到傳感器芯片中，節省外圍電路成本且集成性高。而CCD制造難度高，少數廠家掌握生產技術，成本高居不下，并且CCD采用電荷傳遞的方式傳遞數據，只要其中一個像素不能運行，會導致整排的數據無法傳送，因此控制CCD傳感器的成品率成本比CMOS高很多，且大多數CCD產品在半年內良率往往都低于50%。

4、功耗差異

CMOS 屬于被動采集，感光二極管產生的電荷會直接從晶體管放大輸出，3.3V即可運行；但是CCD 傳感器屬于被動式采集，需要額外加壓使得每個電荷移動，驅動電壓需要12-18V，功耗相對較高。

通過以上對比，我們知道CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面優于CMOS傳感器，而CMOS傳感器則具有低成本、低功耗、高集成性的特點，所以諸如手機、相機、電腦等小型移動式設備考慮到經濟性與功耗，會選擇CMOS相機；而在機器視覺等工業場景中，考慮到成像可靠性與靈敏度，往往都選擇CCD 相機。

CCD機器視覺客戶應用

華南地區某知名CCD視覺檢測設備制造商，其產品包括CCD視覺檢測, CCD視覺定位, 視覺元器件, 連接器檢測等，廣泛應用于3C電子、連接器、手機、鋰電、FFC、FPC、五金件等行業，同時為各種工業應用提供包括視覺檢測、視覺識別、視覺定位等全套的機器視覺解決方案。

客戶的機器視覺控制器的主要需求是多個Intel網口，高實時性控制，以及緊湊的尺寸結構。研華為客戶提供了MIO-53753.5”嵌入式單板電腦搭配MIOe-2203網口擴展卡的解決方案，可以提供5個IntelLan，以便客戶產品連接多個外部設備。此方案基于Intel11thCore平臺，可以提供高性能算力，滿足客戶對于實時控制的需求。此外，研華的嵌入式單板產品尺寸緊湊，強固可靠，8K/15K的ESD以及2K EFT 的防護，可以保證嚴苛工廠環境下的穩定運行。

方案產品特性

MIO-5375 3.5"嵌入單板電腦

第11代Intel Core四核/雙核處理器，TDP 15W/28W

雙通道DDR4-3200，高達64GB

獨立四顯：LVDS/ eDP*, HDMI, DP, USB Type-C

豐富I/O：2 GbE, 4 USB3.1, CAN Bus, 12-24V寬壓

豐富擴展：M.2 E-Key/B-Key/M-Key(支持NVMe)、MIOe

MIOe-220 網口擴展卡

支持3路Intel 千兆網口的擴展

符合MI/O-Compact 機構設計標準

兼容3.5” MIO 主板

支持亮度控制

審核編輯：郭婷