视觉测量系统——第二讲.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章系统硬件组成,一、摄像机/相机,固态摄像机采用一种全固化的器件，其光敏元件的作用是：依光电效应原理，把光辐射的能量转化为电信号（图像）,CCD,CMOS,电荷注入,CID,位置传感,PSD,第二章系统硬件组成,1、,CCD,摄像机,CCD,器件是一种光电转换器件，是一种有独特功能的,MOS（,金属氧化物半导体场效应管）集成电路。,CCD(Charge Coupled Device),，,“,电荷耦合器件,”,美国贝尔实验室于,1969,年发明。,由大量独立的感光二极管组成，一般这些感光二极管按照矩阵形式排列。每个感光二极管叫一个像素（,pixel,），是图像最小单位。,第二章系统硬件组成,A,光电转换,CCD,感光部分，就是一个由金属,-,氧化物,-,半导体组成的电容器。这一装置能够完成光电转换。,第二章系统硬件组成,B,电荷储存,当向,CCD,单元电极施加正电压时，会产生能储存电荷的势阱。随着电荷的不断注入，势阱会不断变浅，直至饱和。,第二章系统硬件组成,C,电荷转移,当一个,CCD,芯片感光完毕后，每个像素所转换的电荷包，就按照一定的顺序转移出,CCD,感光区域，为下一次感光释放空间。,第二章系统硬件组成,CCD,中电荷包的转移是由各极板下面的势阱不对称引起的。,电压高的地方，就会产生相对低的势阱，电荷会聚集在势阱里。当高电压的位置按照一定方向转移时，势阱的位置也会随之转移，如此，电荷就会随着移动。,第二章系统硬件组成,2、,CCD,图像读出方式,感光元件产生电信号,电荷转移到串行寄存器,放大、模数转换、数字信息,动态范围宽,信噪比高,分辨率高,一般用于高端,CCD,成像,成像速度慢,必须借助机械快门控制曝光,全帧（,Full Frame）,CCDs,第二章系统硬件组成,行间转移（,Interline Transfer）,CCDs,第二章系统硬件组成,行间转移（,Interline Transfer）,CCDs,优点：,快速-曝光和数据读出可同时进行,可采用软件控制的电子快门工作,缺点：,感光面积小，灵敏度低,行间转移的好处在于，感光和传输不在同一列，从而避免了两者之间的冲突。,第二章系统硬件组成,帧转移（,Frame Transfer）,CCDs,在器件上划分感光区和存储区。,感光区电荷先转移到存储区，然后再逐行向串行寄存器移动。,保证单位像素上的感光面积。,保证了拍摄速度。,必须有两个面积相同的感光区和存储区，制造成本较高。,第二章系统硬件组成,3、线阵,CCD,工作原理：扫描,系统要求：单方向相对运动,优点：,分辨率高、速度快、成本低,（5,K，8K,像素）,缺点：要求高、感光差,第二章系统硬件组成,4、,CCD,芯片尺寸,CCD,的尺寸通常指成像面对角线长度,。,15.9mm,12.8mm,9.6mm,11mm,8.8mm,6.6mm,8mm,6.4mm,4.8mm,1,2/3,1/2,第二章系统硬件组成,CCD,芯片如何选择？,水平视场,FOV（mm），CCD,分辨率,R（m）,像素大小,P（m），CCD,芯片的长边,L（m）,对物体分辨率,R,obj,（m）,第二章系统硬件组成,5、摄像机输出接口,模拟,Analog,输出,PAL：720*576,像素，25帧/秒，625扫描行,NTSC：720*486,像素，30帧/秒，525扫描行,简单可靠，成本低，分辨率低，噪声大，成像质量差,第二章系统硬件组成,5、摄像机输出接口,数字,Digital,输出,CameraLink,：,传输率高，可达1,GBits,/s,通讯采用,LVDS,（,Low Voltage differential Signaling）,格式,最远距离10米,IEEE1394（,FireWare,）:,PC,标准接口，400,MBits,/s，800MB,即插即用,USB2.0：,PC,标准接口，480,MBits,/s，,即插即用,Gigabit Ethernet：,PC,标准接口，1000,MBits,/s，,即插即用,第二章系统硬件组成,6、,CCD,vs,CMOS,摄像机,互补金属氧化物半导体,（,Complementary Metal Oxide Semiconductor,）,CCD sensor,放大,A/D,光子,电子,电压,数字信号,CMOS,芯片可以在像素上同时完成这两个步骤,第二章系统硬件组成,6、,CCD,vs,CMOS,摄像机,CCD sensor,放大,A/D,光子,电子,电压,数字信号,CMOS,芯片可以在像素上同时完成这两个步骤,可看出：,CMOS,和,CCD,最大的区别是,CMOS,的电荷到电压转换,过程是在每个像素上完成的,第二章系统硬件组成,核心元件：感光二极管（,Photodiode）,同一像素当中同时包含放大器和模数转换电路,开口率低（开口率：有效感光区与整个感光元件面积比值）,灵敏度低、噪声明显,模数转换器数量多，无法保证严格一致,6、,CCD,vs,CMOS,摄像机,第二章系统硬件组成,CCD,与,CMOS,比较,分辨率差异：相同尺寸的,CCD,与,CMOS,感光器，,CCD,感光器像素数可以更多，故其分辨率通常会优于,CMOS,。,成本差异：,CMOS,应用半导体工业常用的,MOS,制程，可以一次整合全部周边设施于单晶片中，故,CMOS,的制造成本相对低于,CCD,。,ISO,感光度差异：相同像素下，同样大小之感光器尺寸，,CCD,的感光度高于,CMOS,。,噪点差异：由于,CMOS,每个感光二极体旁都搭配一个 放大器，虽然是统一制造，但是每个放大器或多或少都有些微的差异存在，很难达到放大同步的效果，对比单一个放大器的,CCD,，,CMOS,的噪点就比较多。,第二章系统硬件组成,CCD,与,CMOS,比较,耗电量差异：,CMOS,驱动电压为,3.3V,，,CCD,为,12V,，高驱动电压使,CCD,的耗电量远高于,CMOS,。,第二章系统硬件组成,CCD,与,CMOS,比较,第二章系统硬件组成,从以上的对比可以看出：,CCD,在图像的质量上更有优势。而常见的高速摄像头则会采用,CMOS,芯片,。,CCD,与,CMOS,比较,7、国内外数字相机产品,第二章系统硬件组成,美国,RedLake,MASD,Inc.www.,redlake,.com,德国,Basler,Vision Technology www.,baslerweb,.com,加拿大,DALSA，www.,dalsa,.com,意大利,DTA，www.,dta,.it,国内大恒图像，,www.,daheng,-系统硬件组成,大作业：,综述国内外三维视觉测量系统的发展现状,综述国内外图像传感器及其产品的发展现状,The End,第二章系统硬件组成,一、摄像机/相机,