图像传感器应用技术-(3).ppt

第3章图像扫描与图像显示技术

如何将场景图像分解（变换）成一维时序信号？如何将一维时序信号还原成图像?包括图像扫描（分解）的基本原理，一维时序信号的特点，电视制式包含的内容，与图像显示技术等。3.1图像解析原理图像解析是指将二维光强分布的光学图像转变成一维时序电信号的过程。3.1.1图像的解析方法1.光机扫描图像解析方法光机扫描图像解析方法是借助于光电传感器完成的，光电传感器有分立的和集成的两类。集成的又分为线阵列与面阵列的，为了便于学习，先讨论单元光电传感器光机扫描方式对图像的解析。图3-1光机扫描方式原理图VXVY（1）单元光电传感器光机扫描方式单元光电传感器传感器面积要小；响应波长覆盖图像；做有规则的周期运动；做有规则的周期运动Ty=nTxTy为光敏单元扫描整幅图像的场周期。为场正程时间Tyz与场逆程时间Tyr之和。Tx为光敏单元扫描一行图像所用的时间，称为行周期。由行正程时间Txz与逆程时间Txr之和。n为一场图像扫描的行数。行、场扫描的时间分配为将图像分解得更清晰，光敏单元的轨迹应布满像面，光敏单元的尺度应远远小于图像的尺度；比例越大光学图像的解析越高。光敏单元扫描一幅所需要的时间称为帧周期，其倒数为帧频；帧频的最小值受限于人眼的时间响应。对于非视频输出的静止图像，扫描没有严格的时间分配；但是，需要视频输出的动态图像，必须有严格的时间分配才能使分解后的图像能够不失真地再现显示，并获得舒适的观看效果；为此人们建立了严格的电视制式，将在后面讨论。电视制式严格的安排了画幅长宽尺寸的比例，行、场扫描的频率、周期，行周期与场周期的时间分配等内容也放到后面讨论。采用多个光电传感器，并将其排成一行，构成如图3-2所示的多元光机扫描方式。多元光机扫描方式中，行扫描过程由光电传感器信号的顺序输出来完成。（2）多元光电传感器光机扫描方式图3-2多元光机扫描方式原理图即行正程期间将顺序排列的像敏单元信号按顺序输出，例如线阵CCD，形成行正程信号，然后产生垂直方向的移动，形成二维。这种扫描方式使结构得到简化，速度得以提升。线阵CCD扫描仪是最典型的多元光机扫描系统的应用实例。生产线上的质量检测也属于多元光机扫描方式成像的案例，例如玻璃表面瑕疵的检测，大米色选，纺织物品的质量检测等，它们都有一个共同的特点，即可以形成图像输出，又能够利用扫描过程产生的行信号判断出即将生成图像的瑕疵与产品质量信息，便于及时作出处理动作。2．电子束扫描图像传感器是最早的图像传感器，热释电摄像管仍采用这种扫描方式。3．固体自扫描图像传感器是20世纪70年代发展起来的新型图像传感器件，如面阵CCD器件，CMOS图像传感器件等，这类器件本身具有自扫描功能。3.1.2图像传感器基本技术参数包括图像传感器的光学成像物镜与光电成像器件的参数。1.与光学成像物镜有关的参数（1）成像物镜的焦距?决定被摄景物与光电成像器件距离与所成图像大小的参数。在物距相同的情况下，焦距越长的物镜所成的像越大，越清晰。（2）相对孔径D/?为物镜入瞳的直径与其焦距之比。相对孔径的大小决定了物镜的分辨率、像面照度和成像物镜的成像质量。（3）视场角2ω视场角的大小影响光电图像传感器上成像良好的空间范围。一般要求成像物镜所成的景物图像大于图像传感器的有效面积。以上三个参数是相互制约的，不可能同时提高，在实际应用中要根据情况适当选择。2、与光电成像器件有关的参数（1）扫描速率不同的扫描方式有不同的扫描速率要求。例如，单元光机扫描方式的扫描速率由扫描机构在水平和垂直两个方向的运动速度（转动角速率）决定。行扫描速率（行正程）Vxz取决于光学图像在水平方向的尺寸A和行正程时间Txz(3-2)同样，垂直方向的场扫描速率（场正程）νyz取决于光学图像在垂直方向的尺寸B和场正程时间Tyz，即（3-3）多元光机扫描方式图像传感器的行扫描速率νxz取决于读取一行光敏单元所需的时间TH与一行内光敏单元数N，即（3-4）对于线阵CCD，TH为行积分时间。垂直方向的场扫描速率νyz取决于光学图像在垂直方向的尺寸B和场正程时间Tyz（3-5）固体自扫描图像传感器的水平扫描速率取决于传