机器视觉算法及应用--摄像机.ppt

Bayer滤波法 机器视觉算法与应用 ----摄像机 制作人：康照川 摄像机的简介 摄像机是机器视觉系统中的一个关键组件其功能就是将光信号转变成为有序的电信号，并生成需要的图像。 摄像机又称工业相机，相比于传统的民用相机而言，它具有高的图像稳定性、高传输能力和高抗干扰能力。 摄像机中最重要的部件就是数字传感器。 摄像机的分类 按照芯片结构分类：CCD相机，CMOS相机。 按照传感器结构分类：面阵相机，线阵相机。 按照传输模式分类：模拟相机，数字相机。 按照成像情况分类：彩色相机，黑白相机。 摄像机的结构 工业相机 相机简单示意图 CCD传感器 CCD传感器--电子耦合组件（charged coupled device）,是由光线敏感的光电探测器组成。曝光时，光电探测器累积电荷通过转移门电路，电荷被转移至串行读出寄存器从而读出。读出的过程是将电荷转移至电荷转换单元，转换单元将电荷转换为电压，并将电压放大。 电压放大后就可以转换为模拟或者数字视频信号。 CCD传感器 你可以将CCD传感器想象成一颗颗微小的感应粒子，铺满在光学镜头的后方，当光线与图像从镜头透过、投射到CCD表面时，CCD就会产生电流，将感应到的内容转换成数码资料存储在相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡内。CCD像素的数目越多、单一像素尺寸越大，收集到的图像就会越清晰。 CCD传感器的种类 CCD传感器分为线阵传感器和面阵传感器。 面阵传感器分为全帧转移型面阵传感器、帧转移型面阵传感器和隔列转移型面阵传感器。 线阵传感器 线阵传感器只能生成高度为1行的图像，在实际中有限。因此常通过多行组成二维图像。为了得到有效的图像，线阵传感器必须相对于被测物体做相对运动。 相机运动被测物不动 相机不动被测物动 线阵相机注意的问题 传感器本身必须与被测物平面平行并与运动方向垂直以保证得到矩形像素。 线采集频率必须与摄像机和被测物之间相对运动速度相匹配以得到方形像素。 如果运动速度是变化的，就需要编码器来触发传感器来采集每行图像。相对运动可以由步进电机驱动来产生。 线传感器的读出速度在14-140kHz之间，会限值每一行的曝光时间，所以需要很强的照明。 全帧转移型面阵传感器 在这里光在光电探测器中转换为电荷，在未曝光期间电荷按行的顺序转移到串行读出电路寄存器，然后与线阵传感器的方式一样转换为视频信号。 Output (Amplifier) Serial readout register 全帧转移型面阵传感器 优点：填充因子(像素光敏感区域与整个靶面之比)可以达到非常高，甚至达到100%。这样传感器灵敏度非常大，图像失真最小。 缺点：由于传输和读出使用的时钟相同，由于上面的像素要经过下面的像素移出，因此传感器上面的部分曝光时间比下面的长，这会造成拖影（Smear）现象。为了解决这个问题，必须使用机械快门或闪光灯。 全帧转移型面阵传感器 有拖影的图片 无拖影的图片 帧转移型面阵传感器 这个是为了解决全帧转移型传感器的拖影问题，全帧转移型传感器加上另外的传感器用于存储，这个传感器上有金属光屏蔽层。这种类型的传感器，图像产生于光敏传感器，然后转移至有光屏蔽层的存储阵列，在空闲时读出。 Light sensitive CCD-sensor Shielded memory area Readout register ............................... 帧转移型面阵传感器 优点：其填充因子可达100%，图像失真化最小，而且不需要机械快门或闪光灯。在曝光时间较长的情况下，拖影现象比全帧转移型面阵传感器小很多。 缺点：由于需要两个传感器，因此成本非常高 应用：鉴于高灵敏度和拖影等特征上面两种传感器通常用于像天文等曝光时间比读出时间长的科学研究领域。 隔列转移型面阵传感器 如果所示，这种传感器还有一个带有不透明的金属屏蔽层的垂直转移寄存器，图像曝光后，累积到电荷通过传输门电路转移到垂直传输寄存器，电荷通过垂直传输寄存器移至串行读出寄存器，经过放大，最后形成视频信号。 隔列转移型面阵传感器 电荷转移时间约为1us，因此完全不存在拖影（Smear）现象。 优点：由于转移时间非常短，因此不需要使用机械快门或闪光灯 缺点：由于屏蔽区占用了Sensor的部分面积，因此使得此种传感器填充因子只能在20%~70%，图像失真会增加。 隔列转移型面阵传感器 为了增大填充因子，常利用在传感器上加上微镜头来使光聚焦至