【计算机测控】视觉传感器剖析.ppt

图像传感器 CCD CCD （Charge-coupled Device）：电荷耦合元件（CCD图像传感器） 半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。 CCD上植入的微小光敏物质称作像素(Pixel)。 一块CCD上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。 类型 线性（线阵）（以一维感光点构成，通过步进马达扫瞄图像，图片一行行组成 ） 用一排像素扫描过图片，做三次曝光——分别对应于红、绿、蓝 三色滤镜，线性传感器是捕捉一维图像。 扫描仪、传真机 面阵 三线传感器CCD：在三线传感器中，三排并行的像素分别覆盖RGB滤镜，当捕捉彩色图片时,完整的彩色图片由多排的像素来组合成。 交织传输CCD 全幅面CCD 历史 1969年由美国贝尔实验室（Bell Labs）的维拉·博伊尔(Willard S. Boyle)和乔治·史密斯（George E. Smith）所发明。 2006年元月，获电机电子工程师学会（IEEE）Charles Stark Draper奖章。 2009年诺贝尔物理学奖 中国香港科学家高锟 ：光纤 博伊尔和乔治-E-史密斯：电荷藕合器件图像传感器CCD” 第一代产品 快捷半导体（Fairchild Semiconductor）、美国无线电公司（RCA）和德州仪器（Texas Instruments）。 1974年发表500单元的线性装置和100x100像素的平面装置 CCD的加工工艺 TTL工艺 毫安级的耗电量 CMOS工艺 微安级的耗电量 成像质量:TTL工艺优于CMOS工艺 生产 公司：SONY、Philps、Kodak、Matsushita、Fuji、SANYO和Sharp 工作原理 原理： 像胶片，通过电容感应光线，经由外部电路的控制，每个小电容能将其所带的电荷转给它相邻的电容，将影像（图像像素）转变成数字信号。 CCD 的组成 聚光镜片 网格(类似马赛克) 电子线路矩阵 上：增光镜片 （微型镜头 ） 　 中：色块网格 （分色滤色片） 下：感应线路 （感光层） 特性 调制传递函数MTF特性 固态图像传感器是由像素矩阵与相应转移部分组成的。固态的像素尽管己做得很小，并且其间隔也很微小，但是，这仍然是识别微小图像或再现图像细微部分的主要障碍。 输出饱和特性 当饱和曝光量以上的强光像照射到图像传感器上时，传感器的输出电压将出现饱和，这种现象称为输出饱和特性。产生输出饱和现象的根本原因是光敏二极管或MOS电容器仅能产生与积蓄一定极限的光生信号电荷所致。 暗输出特性（无照输出） 指无光像信号照射时，传感器仍有微小输出的特性，输出来源于暗〔无照)电流。 灵敏度 单位辐射照度产生的输出光电流表示固态图象传感器的灵敏度 与固态图像传感器的像元大小有关。 弥散 饱和曝光量以上的过亮光像会在象素内产生与积蓄起过饱和信号电荷，过饱和电荷便会从一个像素的势阱经过衬底扩散到相邻像素的势阱。再生图像上不应该呈现某种亮度的地方反而呈现出亮度，这种情况称为弥散现象。 残像 对某像素扫描并读出其信号电荷之后，下一次扫描后读出信号仍受上次遗留信号电荷影响的现象叫残像。 等效噪声曝光量 产生与暗输出(电压)等值时的曝光量 典型产品 线性CCD 颜色传感器 颜色传感器通常是在独立的光电二极管上覆盖经过修正的红、绿、篮滤光片，然后对输出信号进行相应的处理，实现颜色（信号）识别。 典型芯片 TCS230 TCS230 可编程彩色光到频率转换器 集成64个光电二极管 R\G\B各16个 全透（无虑光）16个 输出频率量 调整（标定、白平衡） 白光照射，依次选通，计数255，计算消耗时间—时间基准 相同条件，定时计数，计算比例因子 比例因子=定时计数值/时间基准 实测 定时计数，与比例因子计算 得到R\G\B值 颜色=实测定时计数值*比例因子 参考文献：颜色传感器TCS230及颜色识别电路 使用 避免外界光线干扰 密闭、无反射 光源集中，注意角度 需要白平衡调整 * nterline 扫瞄型 CCD 的曝光步骤（STEP 1. - 见上图）和前面介绍的相同，所不同处在于读取电荷的方式。Interline CCD 透过垂直传送带（STEP 2.）从暂存矩阵中读出讯号，再向下转移至底部水平转换记录器（STEP 3.），然后电荷在搬到放大器中（橘色圆圈），之后在到DSP里读出水平光电位置行列，最后产生电子信号代表一张完整的数位影像。清空暂存器后，再重新设定光电位置以便接收下一张影像。IL 型 CCD 的优点在于曝光后即可将电荷储存于暂存器中，元件可以继续拍摄下一张照片，因此速度较快，目前的反应速度以已经可达每秒 15张以上。但 IL 的缺点则是暂存区占据了感光点的面积，因此动态范围（Dynamic Range - 系统