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マシンビジョンのビデオカメラ
マシンビジョンには、多くのカメラが利用されています。
これらのカメラには、それぞれ異なるセンサーとインターフェースが組込まれ、サイズも様々です。
カメラとレンズの組合わせにより、視野（FOV ）、解像度、その他の画像に関する特性が決まります。
多くのカメラが、マシンビジョンのアプリケーション専用に設計されています。
本章では、カメラのレンズを選択する際に考慮しなければならない重要なポイント、
特にレンズに選択に対する影響について述べています。
カメラのタイプ
センサー
ほとんどのマシンビジョン用のカメラは、CCD （電荷結合素子）イメージセンサーを使用しています。
個々のピクセルからの電荷は、ピクセルの列ごとにビデオ信号が生成されるアンプに移動します。
CCD カメラには、様々なフォーマット、解像度、および感度のものが揃っており、
ほとんどのアプリケーションにおいて最良の性能が得られます。
CMOS （相補型金属酸化膜半導体）センサーも、使用されるようになりました。
このセンサーは、コンピュータ用チップと同じプロセスにより製造されているため、非常に低価格です。
低価格のCMOS カメラは、玩具やウェブネットワークカメラなどに既に使用されています。
一度に一列全てを読み出さなければならないCCD センサーとは異なり、CMOS センサーは順番に関わらずピクセル毎に読み出す事ができます。
これは、画像の一部だけを取り出し、時間が重要であるアプリケーションに有用です。
現時点では、CMOS センサーのノイズ特性は、CCD の特性よりも劣っています。
インターフェース
カメラのインターフェースとして、アナログとデジタルの2つのタイプが使用されています。
アナログカメラの場合、センサーからの信号はアナログ電圧に変換され、
コンピュータに差し込まれた画像処理用のフレームグラバーボードに送られます。
EIA 、RS- 170 、NTSC 、CCIR 、およびPAL が、一般のアナログインターフェースの規格です。
アナログカメラは安価ですが、ノイズとタイミングの問題が起こる可能性があります。
現在では、ほとんどのマシンビジョン用カメラが、デジタルインターフェースを使用しています。
各ピクセルからの信号はカメラでデジタル化され、そのデジタルデータが直接コンピュータに送られます。
CameraLink®およびFirewire®は、人気のあるデジタルインターフェースの規格です。
デジタル信号にはノイズがのり難く、センサーの各ピクセルと画像が完全に対応しています。
デジタルカメラは、多岐にわたる解像度とフレームレートをサポートします。
また、既に信号がデジタル化されているため、フレームグラバーに替わって簡単なインターフェースボードが使用されます。
リモートヘッドカメラ
マシンビジョン用のカメラは、その多くが50 mm3以下と、すっかりコンパクトになりました。
リモートヘッドカメラは、保護ケースに収められたセンサーチップで構成される小型のカメラヘッドで、
長さが1 m 以下のケーブルによりカメラ本体に接続します。
マイクロヘッドカメラ、もしくはリップスティックカメラは非常に小型化することができますが、
一体型のカメラよりも非常に高価になります。
カラーカメラ
ほとんどのカラーCCD カメラは、ピクセル上に印刷されたアレイ状のカラーフィルターを持つ単一のセンサーを使用しています。
隣接したピクセルは、各々異なる色を検知するため、解像度は同様のモノクロセンサーよりも低くなります。
いくつかの高性能カメラには、独立した3 つのCCD に各々の色の光を送るための、色分解用プリズムが備わっています。
このカメラでは、各色において最高の解像度が得られます。
この3CCD カメラのためのレンズは、プリズムを組込むための十分なスペースを持っている必要があります。
ラインスキャンカメラ
ラインスキャンカメラは、1000 、2000 、4000 、もしくはそれ以上のピクセルが一列に並んだセンサーを有しています。
このカメラは、一列の画像を一度に記録します。従って、2 方向の観察を行なうには、対象物がカメラの前を移動しなければなりません
（例えば、製紙工程の検査のように）。
ラインスキャンカメラは、非常に高いデータレートで高解像度の画像を得ることができます。
ロングラインスキャンセンサーでは、その長さをカバーするラージフォーマットのレンズが必要です。
加えて、ピクセルの各々の列は非常に短い時間のみ露光されるため、ラインスキャンカメラには強い照明と大口径のレンズが必要です。
カメラフォーマット
画像センサーのサイズは、フォーマットと呼ばれます（図17.17 を参照）。
このフォーマットの名前は、いずれの寸法にも関連していません。
伝統的に1/2 インチフォーマットとは、直径が1/2 インチである撮像管の撮像エリアのサイズを示します。
カメラフォーマットをカバーするレンズを選択することは、重要です。
所定の視野により、カメラフォーマットから必要な倍率が決まります。
大きなセンサーの場合、より大きな倍率が必要となります。
図17-17 カメラフォーマット
高解像度カメラのレンズ
感度を改善するため、多くの高解像度CCD センサーには、その表面上にマイクロレンズアレイが備わっています。
このアレイは、ピクセルの撮像エリアを拡大して見せ、撮像エリアの欠損部分をカバーするために、
100 ％近くの面積を使用するようにします。
ただしこの場合、光はセンサーに対して垂直に近い角度で入射されなければなりません。
光がセンサーに対して大きな角度（例えば＞5°）で入射された場合には、光が撮像エリアを外れ、失われてしまいます。
そのため、センサーに使用するレンズは長い射出瞳の距離を有していなければならず、
あまり小さなF ナンバーを持ってはなりません。
さもなければ、像のエッジ部分が暗くなります。
CameraLink®は、Automated Imaging Association（AIA）の登録商標です。
Firewire®は、Apple Computer,Inc.の登録商標です。
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