机器视觉培训教程第二课.ppt

第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 六、相机基本成像原理： CCD的电荷存储器，能够存储一定量的电子。将电子释放出来之后所形成的电流，便可以量化地代表感光面上某点的明暗信息。 光子 CCD象素 自由电子 CCD成象的“溢出”问题：当CCD象素接收到过多的光子，存储器中所收集的自由电子就会向周边的象素“溢出”。致使整个区域成象变亮。 溢出 第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 六、相机基本成像原理： 隔行扫描工作原理：CCD芯片感光完成后。相机便从CCD芯片的左上角开始逐点扫描：从第一行第一个象素中取出电压，再扫描第二个象素，累积了第二个象素中的电压后，开始扫描第三个。以此类推，将第一行所有象素全部扫描过之后，便将整行象素的电压传输至缓冲区。接下来开始扫描CCD芯片的第三行。CCD相机的扫描过程，是先扫描奇数行，将所有奇数行象素的信号逐行存入缓冲区。到此第一个扫描场扫描过程结束；之后再开始扫描全部的偶数行，并同样逐行将偶数行信号存入缓冲区。完成了第二个扫描场的扫描。完成以上两次（奇数行扫描场及偶数行扫描场）扫描，我们称相机完成了一帧扫描。而这样的扫描方式叫作：隔行扫描。 第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 六、相机基本成像原理： 隔行扫描工作原理示意图： CCD感光芯片 综合控制 输出存储器 视频信号 生成 同步生成器 奇数行信号输出 偶数行信号输出 纵向同步 横向同步 视频图象信号 （EIA，RS－170、NTSC、CCIR、PAL） 象素时钟 象素时钟 （非标准功能） 激发控制 激发信号 （非标准功能） 第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 六、相机基本成像原理： 相机拍照时间示意图： 电子快门时间是可变的，可由用户自己设置。但相机传输速率（Frame rate）是相对固定的。因此，传输速率是相机的成像速度的“瓶颈”。例：电子快门速度可达1/1000秒，但成像却只能达到60帧/秒。 电子快门时间 图象传输时间 单帧图象完整拍照时间 第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 图象传感器 ： CCD相机：使用CCD式感光芯片为图象传感器的相机 CMOS相机：使用CMOS式感光芯片为图象传感器的相机 CMOS相机工艺简单、成本低廉、低功耗、系统整合性好、区域读取图象灵活。但由于目前生产工艺上的差距，CMOS在除噪及灵敏度方面仍逊于CCD 相机 图象颜色 ： 单色相机：输出图象为单色图象的相机。 彩色相机：输出图象为彩色图象的相机。 由于使用滤片使得彩色相机的灵敏度远低于单色相机。同时由于彩色相机中的象素只“存放”一种色光的灰度值，因此彩色相机的分辨率也远远不及单色相机。 七、相机分类 第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 传感器格式 ： 面扫描相机：CCD感光芯片上的点阵呈面状分布的相机，其所成图象为二维“面”图象。 线扫描相机：CCD感光芯片上的点阵呈线状（一行或两行）分布的相机，其所成图象为一维“线”图象。 与面扫描相机一次成象相比，线扫描相机需要多次成象后，将所成的“线”象拼成一幅完整的图象。因此，线扫描相机更多地被用于分辨率要求极高的项目里。同时还需要大口径镜头、强亮度 灯源以及口光圈，以适应其非常高的成象速度。 七、相机分类 第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 输出信号 ： 模拟信号相机：从传感器中传出的信号，被转换成模拟电压信号，即普通视频信号，后再传到图象采集卡中。 数字信号相机：信号自传感器中的象素输出后，在相机内部直接数字化并输出。 工业级相机中，模拟信号相机的成本一般上低于数字信号相机。但是在除噪、速度方面则比数字信号相机差。由于是数字信号直接传输到计算机中，因此所得到的由数字信号相机拍出的图象，更加“逼真”。而且，数字信号相机在分辨率及万象速度方面有更多选择。CameraLInk和Firewire是数字信号相机最常见的传输标准。 七、相机分类 第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 数字相机最终将取代传统模拟相机 CMOS芯片最终将取代传统CCD芯片 八、相机的发展趋势： 第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 九、板卡硬件的基本概念 图象采集卡（Frame Graber） 图像采集卡是图像采集部分和图像处理部分的接口。图象经过采样、量化以后转换为数字图象并输入、存储到帧存储器的过程，叫做采集、数字化 A/D转换 视频量化处理是指将相机所输出的模拟视频信号转换为PC所能识别的数字信号的过程，即A/D转换。视频信号的量化处理是图像采集处理的重要组成部分。 A/D转换过程 第二讲：机器视觉中的图像采集技术硬件基础知识 九、板卡硬件的基本概念 A/D转换器 A/D转换器是实现模拟量转换成数字量的电子器件。