机器视觉算法与应用摄像机资料课件.pptVIP

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

?CCDCCD传感器传感器--电子耦合组件

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

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)Serialreadoutregister

?优点全帧转移型面阵传感器：填充因子(像素光敏感区

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。LightsensitiveCCD-sensorShieldedmemoryarea...............................Readoutregister

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光敏光电二极管。但是填充因子还是难以达到100%

模拟CCD摄像机的读出模式隔行扫描逐行扫描

CMOS传感器

CMOS传感器?与CCD传感器不同，光电二极管中的电荷不是顺序的转移至读出寄存器，CMOS的每一行都可以通过行列选择电路直接选择并读出。这方面CMOS传感器可以当作随机存取存储器。CMOS每个像素都有一个自己的独立放大器。因此也称作主动像素传感器。

优点：CMOS传感器?具有单独的选择转换电路

CMOS传感器读出方式行曝光全局曝光上述两个图片都是对于运动的物体。行曝光使物体发生形变，全局曝光适用于拍摄运动的物体

CCDvsCMOS

彩色摄像机?黑白相机直接将光强信号转换成图像灰度值，生成的是灰度图像；彩色相机能获得景物中红、蓝、绿三个分量的光信号，输出彩色图像。彩色相机能够提供比黑白相机更多的图像信息。?目前彩色相机的实现方法主要有两种，棱镜分光法和Bayer滤波法。

光谱响应曲线

?由图光谱响应曲线可以看出，CCD和CMOS传感器对于近紫外200nm到可见光380-780nm直到近红外1100nm波长范围都有响应。所以无法产生彩色图像。为了产生彩色图像需要在传感器前面加上彩色滤镜阵列（CFA），使一定范围