《第3章数码相机的结构原理.ppt

第三章 数码相机的结构 与工作原理 3.1引言 胶片相机：150年历史，技术成熟稳定 数码相机：利用自动对焦、自动曝光、闪 光控制等技术，加固体传感器 3.2 数码相机的结构组成 3.3 感光成像器件 CCD或CMOS面阵 规格和品质决定DC的档次 象素：10万～800万 主流准专业相机：1000万 Canon EOS-1D MARK III Canon EOS-300D 内部结构 几个高级别DC感光器件对比 3.4 信号处理部分 一.模拟信号处理: 对CCD输出的有用信息进行采样、保持、放大，使之与A/D输入电平相匹配。 二. A/D转换 转换速度: 图像后处理时间,连拍速度 量化精度: 色彩深度 24位: 2^24 1600万 30位: 2^30=1073741824 10亿 36位: 2^36=68719476736 680亿 三.DSP器件(Digital Signal Processing) 专门用于对大量数字信息计算处理的CPU 计算速度高，低功耗 移动电话，科学仪器，数码相机 DSP图像通道 DSP图像通道 1.黑色补偿 原因：CCD暗电流特性+受环境影响 补偿方法：完全遮光?开启快门 *每幅图像 DSP图像通道 2.镜头光照度补偿 原因：视场中光照度不均匀 像方半视场角θ ?光照度∝cos4θ 补偿方法：在先期处理中，进行数字补偿 DSP图像通道 3．缺陷像素修补 原因:传感器面阵缺陷 表现:全遮光条件下为亮点 修补方法:插值 DSP图像通道 4．白平衡 原因：物体在不同色温的光源下具有不同的颜色特征 。 调整方法：以人眼的光谱曲线为标准，调整白色中三基色光的比例，使成像器件与显示设备的光谱特性相匹配。 自动白平衡：三原色的光能量相平衡 DSP图像通道 5．自动曝光 对曝光量评估 计算镜头光圈、快门速度、信号增益 DSP图像通道 6．γ矫正 原因：CCD/CMOS电信号∝光照度 显示设备的像素灰度值∝图像亮度值 矫正后：显示亮度∝图像亮度 DSP图像通道 7．CFA插值 原因：每个像素只得到了一种颜色的信息 解决方案：利用周围像素的颜色信息，通 过插值得到该像素其他颜色。 DSP图像通道 8．色空间转换 原因：压缩算法采用Y、Cb、Cr色空间 转换方法: DSP图像通道 9．边界增强 原因：CFA低通滤波，平滑图像的边界 边界增强方法: a.找到边界像素群 b.计算边界像素的Y分量增益 c.将各像素的Y分量增益放大并叠加到原像素的照度信息之中 DSP图像通道 10．假彩色抑制 原因：彩色滤光片阵列的色饱和因子的不同、各像素亮度和色彩的带宽不同 抑制方法：对像素亮度和边界信息的分析来判定假彩色的位置，通过对像素的彩色分量(Cb、Cr)的调整来抑制假彩色 DSP图像通道 11．自动对焦 利用自动对焦算法评价输入图像的清晰度，并实时地给出反馈信号控制镜头机械运动，对景物实现正确对焦。 DSP图像通道 12．图像压缩 原因：存储空间有限 JPEG(Joint Photographic Expert Group ): a.图像分块,每块8×8 b.离散余弦变换分解成频谱信息 c.将频谱信息进行量化、平均信息量编码 d.典型的压缩比为15：1、10：1 . JPEG2000标准 采用小波变换编码 在JPEG基础上提高压缩率10％～30％ 提供无损和有损两种压缩方式 渐进传输，随传随显 3.5成像物镜与曝光控制部分 一.成像物镜 物镜孔径：反映物镜受光能力 物镜视场：决定相机的成像范围 物镜分辨率：应与CCD分辨率相匹配 物镜的畸变 ：大视场需要校正 二.红外截止滤色片 CCD的最灵敏峰值出现在红外波段 在图像上就是背景噪声 有红外成像功能的数码相机,须考虑红外波段的像差校正 三.低通滤波片 CCD的光敏单元整齐排列 像上有与CCD感光单元的空间频率相似排列的线条组或斑点群时, 出现“莫尔效应” 低通滤波片滤除图像中高频部分 牺牲光学分辨率 四.数码相机的快门 曝光宽容度:CCD光化学胶片 曝光误差: 传统照相机 ±lEV 数码相机 ±0.3EV 两种快门：机械快门，电子快门 机械快门 快门叶片在光路中拦截光线，控制光学相对孔径和曝光时间 曝光过程：开?关?开?关 快门速度：1/15s～1/1000s 机械快门 电子快门: 控制模拟电量的读取