機器人/感測器/數字影像採集
有兩種型別的影像感測器通常用於數字影像採集，CCD 和 CMOS。雖然兩者具有相似的影像質量，但它們的核心理念和其它功能大不相同。[3]
CCD，或電荷耦合器件，是一種基於模擬系統的較老技術。一種覆蓋 CCD 的光電錶面在光線照射時會產生電荷，然後該電荷被轉移並存儲在每個畫素表面下方的一個電容桶中。[2] 然後，CCD 就像一個移位暫存器一樣工作，透過在表面上以級聯運動施加電壓，將每個畫素下方桶中的電荷轉移一個位置。到達 CCD 邊緣的電荷被轉移到一個模數轉換器，該轉換器將每個畫素的電荷轉換為數字值。由於它必須將每個畫素移到 CCD 的邊緣才能將其轉換為數字資訊，因此此過程相對緩慢。[4]
CMOS 影像感測器是一種使用互補金氧半導體的有源畫素感測器 (APS)。CMOS 感測器在生成數字影像方面比 CCD 快得多，並且功耗更低。它們還可以比 CCD 更大，從而允許更高解析度的影像，並且可以透過比 CCD 更便宜的方法制造。CMOS 感測器中的每個畫素都包含一個光電探測器和一個放大器。[4] 最簡單的 CMOS 影像感測器是 3T 模型，每個畫素由 3 個電晶體和一個光電二極體組成。電晶體 Mrst 用於清除畫素值並將其重置以獲取新影像。Msf 電晶體緩衝和放大來自光電二極體的值，直到畫素可以被讀取並重置。Msel 電晶體是畫素選擇電晶體，它僅在裝置讀取其所在行時才將畫素值輸出到匯流排。在此模型中，資料透過共享匯流排並行收集，其中一列中的所有畫素共享相同的匯流排，然後資料一次一行地沿著匯流排傳送。這種方法在將電荷值移到數字轉換器方面更快。CMOS 感測器還有其他變體，可以幫助減少影像滯後和噪聲。影像滯後是先前影像的一部分保留在當前影像中的情況。這通常是由畫素未完全重置造成的，因此先前影像中的一些電荷仍然存在。影像噪聲是衡量畫素接收的光量測量精度的方法。它是機器人非常重要的工具。
兩種型別的影像感測器本身不測量顏色；它們只是將光量（無論顏色如何）轉換為數字值。[1] 有幾種不同的方法可以收集顏色資料。兩種最常見的方法是使用彩色濾波器陣列、Foveon X3 專用感測器以及使用三色稜鏡和 3 個影像感測器。
最常用的方法是使用彩色濾波器陣列。最常用的濾光片型別是拜耳濾光片，由柯達研究員布萊斯·拜耳於 1976 年開發。彩色濾波器陣列過濾進入每個畫素的光線，使畫素只檢測三種原色中的一種。完整的彩色影像可以在以後透過將來自每個畫素的顏色加在一起來重建，以建立一個完整的彩色影像。[1] 拜耳濾光片使用 50% 綠色、25% 紅色和 25% 藍色的圖案來匹配人眼對三種原色的敏感度。拜耳濾光片在 4 個畫素上重複。[1] 由於影像必須重建，並且您只知道每個畫素中的一種顏色，因此在稱為去馬賽克的影像重建過程中會丟失一些影像保真度。影像中物體的邊緣通常會參差不齊，並且邊緣顏色不均勻。除了拜耳濾光片之外，還有許多其他濾光片圖案可以實現相同的結果。[1] 使用濾光片的主要問題是它會減少到達每個光電探測器的光量，從而降低每個畫素的光敏度。這會在弱光條件下造成問題，因為光電探測器將接收不到足夠的燈光來產生電荷，從而導致大量噪聲。為了幫助減少這種影響，還有另一種正在使用的濾光片型別，它具有一些未過濾的畫素。這些全色濾光片模仿人眼，人眼具有顏色探測器和明暗探測器。這些在弱光條件下表現得要好得多，但與傳統拜耳濾光片相比，需要更大的區域來模仿圖案。這會導致一些保真度損失
將相機連線到機器人的兩種最常見方法是 USB 和 FireWire (IEEE 1394)。當蘋果開發 FireWire 時，他們想到的是它將用於傳輸音訊和影片。這導致了比 USB 更高的有效速度和更高的持續資料傳輸速率，這對於音訊和影片流是必需的。FireWire 還具有能夠為裝置提供比 USB 更大功率的優勢。FireWire 還可以無需計算機主機執行。裝置可以在沒有計算機進行調解的情況下透過 FireWire 互相通訊。[5]
1. 彩色濾光片陣列
2. 電荷耦合器件 (CCD)
3. 數字相機的工作原理