视觉传感器是整个机器视觉系统信息的直接来源，主要由一个或两个图形传感器组成，有时配备光投影仪等辅助设备。视觉传感器的主要功能是获得机器视觉系统处理的最原始图像。
视觉传感是一种应用于生产设备的电子图像技术，通过视觉传感器捕捉图像，然后将图像传输到处理单元，通过数字处理，根据像素分布、亮度、颜色等信息，判断尺寸、形状和颜色，并根据判断结果控制生产设备的工作。
视觉传感器的工作过程可分为图像检测、图像分析、图像绘制和图像识别四个步骤。视觉传感器有能力从图像中捕获数千个像素。视觉信息通常通过光电检测转换为电信号，可以通过图像信息的变化来确定物体的形状和位置。
目前，广泛使用的视觉传感器是光接收装置及其各种相机，如光电二极管和光电转换器、位置敏感探测器（PSD） 、CCD图像传感器，CMOS图像传感器和其他摄像头元件。计算对象对象的特征量（面积、重心、长度、位置、颜色等），并输出数据和判断结果。
为了实现机器人根据视觉信息完成相应的动作，必须完成图像坐标系、工作平面坐标系和机器人坐标系之间的转换，将图像坐标系中的某一点与工作平面坐标系中的相应点对应，最终表示在机器人坐标系中。因此，需要在机器人坐标系下提取图像坐标系和工作平面坐标系统。
图像处理的基本原理是：摄像机收集视频信号，将视频信息转换为数字图像，然后通过视频处理卡和视频处理程序进行灰度、边缘检测、轮廓坐标重建，最终将目标形状和中心位置信息传输到上运动控制程序，驱动机器人完成目标操作。
二维视觉传感器。二维视觉基本上是一个可以执行各种任务的摄像头。从检测运动对象到传送带上的零件定位。二维视觉已经在市场上出现了很长一段时间，并占据了一定的份额。许多智能相机可以检测零件，并帮助机器人确定零件的位置，机器人可以根据收到的信息适当调整其动作。
三维视觉传感器。三维视觉传感器分为被动传感器和主动传感器两类。被动传感器通过相机拍摄目标，以获得目标图像。主动传感器通过传感器向目标投射光图像，接收返回信号并测量距离。
与二维视觉相比，三维视觉是最近出现的一种技术。三维视觉系统必须有两个不同角度的相机或激光扫描仪。以这种方式检测对象的第三维度。根据目标对象的图像获取目标对象的轮廓来计算位置信息，
并将这些信息标准化并传输给机器人控制系统。目标对象位置信息的自动计算是三维视觉技术的重要组成部分。机器人系统根据标准的目标对象空间坐标规划机械手的运动轨迹，控制机械手靠近目标对象并进行操作。
同样，使用三维视觉技术的应用也很多。比如零件取放，用三维视觉技术检测物体，创建三维图像，分析选择最佳拾取方式。
此外，还有其他视觉传感器：功能性视觉传感器，如人工视网膜传感器，图形处理能力强，使用灵活、快速、低成本；图像传感器的时间调制可以平行存储光检测器产生的入射光量和所有像素，
输出类似图像传感器，主要用于振动模态测量、图像特征提取、三维测量；生物视觉传感器通过模拟动物或人眼结构获取周围信息，将视觉信息传递给脑神经细胞，但这方面研究不够，远离工业化应用。