摄像头芯片原理与应用.ppt

摄像头芯片 分类与应用 目录 人眼与摄像头； 摄像头对人眼的拓展： 时间域； 空间域； 能量域； 频谱域； 传感器选择； 专题：CCD、CMOS比较； 人眼的功能 人眼相当于一架摄像机，人通过视觉获取绝大多数信息。 人眼由角膜、晶状体、前房后房、玻璃体等环节组成。 人眼局限： 时间：看不到50Hz以上的闪烁，也不能长时间凝视； 空间：人眼的最小分辨率空间角为1角分； 能量：适合的光强为0.1lux到3000lux； 频谱：只对380nm到780nm波长电磁波敏感； 摄像头的目的 摄像头的目的就是在如下方面拓展人眼视觉： 时间、空间、能量、频谱； 普通帧频--------低帧频、高帧频； 普通分辨率--------高分辨率； 普通照度---------低照度、高动态范围； 可见光域---------红外域、紫外域、X射线域、多光谱域； 目录 人眼与摄像头； 摄像头对人眼的拓展： 时间域； 空间域； 能量域； 频谱域； 传感器选择； 专题：CCD、CMOS比较； 时间域 普通帧频 在普通应用中，摄像头的帧频在5到200帧/秒之间。 时间域 慢扫描 在一些科学仪器或者医学微光成像应用中，对图像的帧频要求不高，但是对信噪比、最低探测辐照度要求严格。这时会降低传感器的读出频率，以获取较低的读出噪音。这时，摄像头的帧周期可达到几分钟甚至数小时。 时间域 高速 高速摄像头帧频500到2000帧，代表性的应用在：汽车碰撞试验、弹头运动分析等。 时间域 超高速 超高速摄像头帧频可达到1MHz，甚至更高。这种超高速可以采用CCD器件实现，但是只能存储很短的序列图像，如288帧。代表应用：流体力学、火焰分析、爆轰实验。 空间域 普通分辨率 面阵：640×480、1280×1024、 2K×2K等； 线阵：1024、2048、4096等； 空间域 大分辨率 面阵：5K×7k，10K×10K等； 线阵：10K，14K等； 典型应用：航拍测绘、卫星遥感； 能量域 普通照度 最低照度 信噪比为1时的辐照度； 普通CCD摄像头敏感可达0.2Lux； 普通CMOS摄像头在1Lux以上； 有些监控用夜视摄像头，标称达到0.001Lux，是加上图像帧间处理后的效果； 能量域 低照度 低于0.1Lux以下的成像，就可以称为低照度应用； 低照度成像分为慢扫描和视频成像两种； 低照度下视频成像需要使用特殊CCD，如： EMCCD、EBCCD、ICCD； 普通的CCD传感器通过慢扫描方式也可以实 现0.001Lux照度下成像。 延长爆光时间，提高光辐照量； 降低信号读出速率，减少读出噪声； 采用致冷技术，降低暗电流噪声； 能量域 超高动态范围 动态范围：饱和照度/最低照度。饱和照度受摄像头传感器势阱容量限制，最低照度受摄像头总体噪声水平和传感器量子效率限制； 普通CCD摄像头动态范围为48dB～60dB ； 好的CCD电路设计，加上良好的噪声抑制电路可以达到72dB； 专用CMOS传感器采用非破坏电荷读取技术和非线性光电转换技术，可以达到120dB动态范围。典型应用：激光焊接实时监控； 频谱域 可见光 具备和人眼接近的光谱响应曲线，敏感区间在380nm到780nm 之间，峰值出现在550nm左右； 频谱域 红外 近红外：波长0.8－2.5um； 中红外：波长2.5－25um； 远红外：波长25um－1000um； 红外传感器通常针对1－2.5μm、3－5μm、8－14μm三个红外窗口，如InSb, HgCdTe, Vox等； 典型应用：武器导航、电站监测、油库监测、轮机检测、医疗诊断等； 频谱域 紫外光 由于地球大气层中的臭氧对200－280纳米波段紫外光的几乎完全吸收，形成所谓的“日盲区”，工作在此波段的探测器的背景非常微弱而干净。 可以使用的器件包括：BCCD、EBCCD、荧光粉＋可见光CCD、紫外光电阴极像增强管等。 典型应用：高压线路放电检测、指纹提取、凝胶成像、化学发光成像等。 频谱域 X光 利用X射线生成待测样品的影像，显示其在厚度变化、内部和外部缺陷以及装配细节等，广泛应用于医疗和工业无损检测； 波长略大于0.5纳米的被称作软X射线，波长短于0.1纳米的叫做硬X射线。 医疗主要使用软X射线（管电压小于25 kV）。能量小，对人体损伤小，具有大的吸收系数，因此成像更清晰，密度分辨率也更高。 工业检测典型应用：焊缝检测、钢丝绳检测、工业CT、轮胎检测、复合材料的缺陷检测 等。 频谱域 多光谱 通常摄像头只是获得一定范围内光谱