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数字摄像机常见术语和参数介绍
传感器
传感器是摄像机的核心部件,目前摄像机常用的感光芯片有
CC
D
和
CMOS
两类。
< br>
1
.
CCD
< br>(电荷耦合器件)
目前常用
CCD
的有三种结构
,
全帧转移、帧传输和行转移。
?
行转移(
Interline
Transfer
)
在三种结构中,行转移是最常使用的一种,多数中、低端产品都使用这种方式。
?
全帧转移(
Full frame
)
全帧转移结构最简单,感光区和存储区在一起,可获得
100
%的
fill factor
。缺点是为避免
图像漏光,
在读出时要阻止外界
光线进入。
这可以通过使用机械快门、
使用频闪灯的方法实现,
或者使曝光时间远远大于读出时间,以尽量减少漏光。
?
帧传输(
Frame
transfer
)
帧传输结构是感光区和存储区完全
分开,且大小相等。曝光后的信号电荷以非常快的速度
(通常小于帧周期的
1
%)
转移到存储区,
然后
逐行输出。
很明显,
帧传输传感器可获得
100
%
的
fill factor
,而且在读出过程中,可对下一帧曝光。缺点是芯片尺寸大,成本高。
< br>
2
.
CMOS
(互补金属氧化物半导体)传感器
CMO
S
传感器和
CCD
传感器在感光部分原
理是相同的,不同的是在每个像素单元中,除
感光部分外,还有放大器和读出电路部分,
整个
CMOS
传感器还集成了寻址电路、放大器和
A/D
。
3
.
CCD
和
CMOS
的主要性能比较
?
?
?
?
?
p>
满阱容量差异:由于
CMOS
传感器的每个
像素包括一个感光二极管、放大器和读出电
路,同时整个传感器还包括寻址电路和
A/D,
使得每个像素的感光区域远小于像素本身
的表面积,
因此在像素尺寸相同的情况下,
CMOS
传感器的满阱能力要低于
CCD
传感
器。
成本差异:<
/p>
由于
CMOS
传感器采用一般半导体电路
最常用的
CMOS
工艺,
可以轻易地<
/p>
将周边电路
(
如
AGC
、
CDS
、时序、或
DSP
等
)
集成到传感器
芯片中,因此可以节省外
围芯片的成本。
CMOS
传感器可以随机寻址,能
够非常方便地仅将队列中感兴趣地部分读出,提高帧
率。
噪声差异:由于
CMOS
传感器的每个感光二极管都搭配一个放大器,而放大器属于模
拟电路,
p>
很难让每个放大器所得到的结果保持一致,
因此与只有一个放大器在
水平寄存
器输出端的
CCD
传感器相比
,
CMOS
传感器的噪声就会增加很多,影响图像品质。
功耗差异:
CM
OS
传感器的功耗低于
CCD
传感器。
线阵摄像机和面阵摄像机
上面介绍的都是面阵传感器,构成的摄像机称作面阵摄像机。
感光单元(像素)按二维
阵列排列,阵列中的每个感光单元对
应一个像素,被拍摄的目标的一个面被成像,目标与摄像
机之间可以是静止的,也可以是
相对运动的。
< br>还有一类传感器,感光单元排列是一维的,每次曝光仅是目标上的一条线被成像,形成一
< br>行图像,随着目标物体与摄像机之间的相对运动,摄像机连续曝光,最后形成一幅二维图像。
这样的摄像机叫做线阵摄像机。当然为保证采集的图像不变形,目标相对与摄像机的运动应保
持在一个方向。线阵摄像机每一行扫描的像素数可以从
512-1200
0
,每行的曝光也可以与目标
的运动速度无关,因此也适用于目
标运动速度变化的场合。
线阵摄像机适合于目标物体幅面大,或缺陷尺寸微小的场合,如:印刷质量检测,
PCB
板
检测,布匹或棉花的检测,颗粒(粮食、水
果等)检测等。
彩色摄像机
1
.彩色面阵摄像机
构成彩色面阵摄像机的传感器有二种形式:
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?
p>
单片彩色摄像机,
这种摄像机的传感器只有一片。
< br>传感器上每个像素点分别对应
R
、
G
、
B
三种颜色中的一种,
R
、
G
、
B
三种像元按一定的规律排列(如下图所示),我们实
际所得到的每个像素点的
R
、
G
p>
、
B
三原色的数值是根据该像素点及其周围
若干点的像
素值进行插值计算而来的,
彩色图像效果与采用的差
值算法密切相关,
在颜色变化剧烈
的边缘位置会有较明显的色彩
失真和细节的丢失。
目前我们常见的彩色摄像机一般是这
种形式
的,其价格和同档次的黑白摄像机相近。
< br>3CCD
彩色面阵摄像机,这种摄像机每个像素点对应有
R
、
G
、
B<
/p>
三个感光元件,采用
分光棱镜将入射光线分别折射到三个
CCD
靶面上,分别进行光电转换得到
R
、
G
、
B
三色的数值(见下图)。这种摄像机得到的图像质量好,没有细节丢失的问题,但由于
摄像机结构复杂,
所以一般较昂贵。
另外由于这种摄
像机采用了分光棱镜的方式,
光线
到达每个
CCD
靶面的光程是不一样的,所以需要镜头做针对性的设计才能达到比较好
的图像效果,所以使用
3CCD
的摄像机还需
要配备专用的镜头。
2
.彩色线阵摄像机
同样,构成彩色线阵摄像机的传感器也有二种形式。
?
?
3 Line
彩色摄像机,传感器的具有
R
、
G
、
B
三行像元,分别对红、绿、兰三种波长的
光敏感应,
所以每个像素点都会对应
R
、
G
、
B
三个通道的数值,
形成彩色的图像数据。
需要注意的是,由于
R<
/p>
、
G
、
B
三行像元在同一时刻所采集的并非同一位置的信息(见
图)
,
在实际应用中需要进行空间校正才能得到所需的彩色图像。
一般的摄像机都提供
内部进行空间校正处理的功能,
要取得质量良好的图像,
这类摄像机对自身安装精度和
目标运动
的稳定性都有一定的要求。
3CC
D
彩色线阵摄像机,与面阵的
3CCD
摄像机原理相同,采用分光棱镜将入射光线
分别折射到三个
CC
D
靶面上,分别进行光电转换得到
R
、
G
、
B
三色的
数值。图像质
量好,但需配备专用镜头。
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