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  • CCD与CMOS的原理区别CMOS(complementary metal oxide semiconductor,互补金属氧化物半导体):大规模生产,速度快、成本较低,可塑性比较高,图像质量较差。CCD(charge coupled device,电荷耦合元件):高质量的...


    CCD与CMOS的原理区别


    CMOS(complementary metal oxide semiconductor,互补金属氧化物半导体):大规模生产,速度快、成本较低,可塑性比较高,图像质量较差。

    CCD(charge coupled device,电荷耦合元件):高质量的图像清晰度,制造工艺较为复杂,且功耗较大,成本较高。


    共同点:

    利用感光二极管实现光电转换的原理


    区别:

    1.数据传送方式:CCD中每一行中每一个象素的电荷数据都会依次传送到下一个象素中,由最底端部分输出,再经由传感器边缘的放大器进行放大输出;而在CMOS传感器中,每个象素都会邻接一个放大器及A/D转换电路,用类似内存电路的方式将数据输出。

    2.成本价格:CCD要高于CMOS

    3.分辨率:CCD要高于CMOS

    4.灵敏度:CCD要高于CMOS

    5.噪声:CCD要低于CMOS

    6.功耗:CCD要高于CMOS

    7.应用范围:许多低档入门型的数码相机使用廉价的低档CMOS芯片,成像质量比较差;普及型、高级型及专业型数码相机使用不同档次的CCD,个别专业型或准专业型数码相机使用高级的CMOS芯片。

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  • 图像采集

    千次阅读 2019-02-10 09:59:11
    图像采集装置 1.采集设备 采集数字图像,采集装置中一般有两种器件: 1.传感器:对某个电磁能量谱波段(X射线,红外线,紫外线,可见光)敏感的物理器件,并且可以把接受的辐射转换成与之成正比的电信号. 2.数字化器件:能将...

    一.图像采集装置

    1.采集设备

    采集数字图像,采集装置中一般有两种器件:
    1.传感器:对某个电磁能量谱波段(X射线,红外线,紫外线,可见光)敏感的物理器件,并且可以把接受的辐射转换成与之成正比的电信号.
    2.数字化器件:能将传感器传过来的但信号转化为离散的数字形式,从而输入计算机.
    例如:常见的X光片是信号直接记录在胶片上的形式,若想要在图像处理中作为输入,那么还需要转化为离散的量.

    2.常用采集装备-近年来广泛应用的主要是基于对光子敏感的’固态阵’的器件

    • 电荷耦合器件(CCD):

    CCD摄像机其中的固态阵是由称为感光基元(photosite)的离散硅成像元素构成的.这样的感光基元能产生与所接收的输入光强成正比的输出电压.
    1.固态阵的组织形式:
    ①线性扫描器:只包含一行感光基元,它靠场景和检测器之间的相对运动来获得2D图像.
    ②平面扫描器:传感器由排成方阵的感光基元组成,可以直接得到2D图像.
    2.特点:固态平面传感器的特点是具有非常快的快门速度(可以达到10-4s),可以将许多运动定格下来.

    • 互补性金属氧化物半导体(CMOS):

    CMOS摄像机的传感器主要包括:传感器核心,模/数转换器,输出寄存器,控制寄存器,增益放大器等.
    1.传感器核心中的感光像元电路的种类:
    ①光敏二极管型无源像素结构:无源像素结构由一个反向偏置的光敏二极管和一个开关管构成,当开关管开启时,光敏二极管与垂直的列线连通,位于列线末端的放大器读出列线电压.
    在这里插入图片描述
    ②光敏二极管型有源像素结构:有源像素结构在像素单元上加入了有源放大器.
    在这里插入图片描述
    ③光栅型有源像素结构:信号电荷在光栅下积分,输出前,将扩散点复位,然后改变光栅脉冲,收集光栅下的信号电荷转移到扩散点,复位电压水平与信号电压水平之差就是输出信号.
    在这里插入图片描述

    • 电荷注射器件(CID)

    在CID摄像机的传感器芯片中,有一个和图像矩阵对应的电极矩阵,在每一个像素未知有两个隔离/绝缘的能产生电位阱的电极.其中一个电极与同一行的所有像素的对应电极连通,而另一个电极与同一列的所有像素对应的电极连通.如果访问像素,可以通过访问行列来实现.
    1.CID三种工作模式
    ①积分模式:此时两个电极的电压均为正,光电子将会累加.如果所有行和列均保持正电压,则整个芯片将给出一副完整的图像.
    ②非消除性模式:此时两个电极的电压一个为正一个为负,为负的点击累加的光电子将会迁移到为正的电极下,通过迁移的脉冲,使读的时候也不会消除.
    ③消除性模式:两个电极电压均为负.累加的电子会流溢,并在电路中激发脉冲,但是这个过程将迁移来的光电子排出电位阱,所以可以用来清零.

    • 优缺点

    CMOS将整个系统集成在一块芯片上,降低了功耗,节省了空间,总体成本也更低,但是CMOS摄像机的噪声水平比CCD摄像机约高一个量级.CID摄像器件对光的敏感度要低很多.但是可以随机访问,和不会产生图像浮散等问题.
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    3.基本性能指标-对图像采集装置需要考虑的指标

    ①线性响应:指输入物理信号的强度与输出响应信号的强度之间的关系是否线性.
    ②灵敏度:绝对灵敏度可用所能检测到的最小光子个数表示,相对灵敏度可用能使输出发生一个级别的变化所需的光子个数表示.
    ③信噪比:指所采集的图像中有用信号与无用干扰的(能量或强度)比值.
    ④阴影(不均匀度):指输入物理信号为常数而输出的数字形式不为常数的现象.
    ⑤快门速度:对应每次采集拍摄所需时间.
    ⑥读取速度:指信号数据从敏感单元读取信号(传输)的速率.
    ⑦空间分辨率:根据传感器单元的大小和排布,采集到的图像的像素点个数.
    ⑧幅度分辨率:根据感光元件的灵敏度和设置的各级值区间,对于光源变化大小的可感受度.

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  • 图像采集

    千次阅读 2011-04-04 22:38:00
      图像采集卡的工作原理、发展历史及在机器视觉系统中的地位 ROC先生:目前常用的采集卡主要分图象采集卡和视频压缩卡;图像采集卡按照信号方式分为模拟卡和数字卡;模拟采集卡的 主要功能就是A/D...

     

    图像采集卡的工作原理、发展历史及在机器视觉系统中的地位

    ROC先生:目前常用的采集卡主要分图象采集卡和视频压缩卡;图像采集卡按照信号方式分为模拟卡和数字卡;模拟采集卡的 主要功能就是A/D转换和数据传输。国内开发公司主要是大恒、中自、微视三家,应该说大家都是源于一家--中科院自动化所。目前每个公司主要的研究方向还 是图像采集卡,但也开始涉及摄像头等产品。目前广东有很多采集卡生产厂;同时国外的数字图像卡厂家也在生产, 如matrox、EPIX 、Euresys、Coreco、I2S。有人强调,I2S的板卡好像不在国内销售 ,只要针对欧洲市场

     

     

    图像采集卡在机器视觉系统中的地位

    机器视觉:应该说图像采集卡在机器视觉系统中起到一个桥梁作用。虽然有些数字摄像机如USB2.0的摄像机已经不需要特 殊的图像采集卡了,但大多少专业的机器视觉系统还是要使用专门的采集卡。这里就要谈谈数字采集卡的分类。数字采集卡大概有几种类型,主要是按图像数据传输 格式划分,通用的有1394卡,前几年常用的有 channel Link 格式的,RS-644 ;最新出现的有千兆网形式的,有把CameraLink转为千兆网传输的,也有直接是千兆网传输的摄像机。图像采集卡在机器视觉系 统中有时也起到控制作用,比如原来Matrox的meteorII,就没有外触发控制功能,使用起来非常不方便,现在大多卡都可以直接使用外触发采图控 制,这样就可以准确地采集图像了,比如流水线上有物体过来时才进行图象采集,这就需要外触发控制,能控制不仅可以提高准确性,也能减少对计算机资源的占用 还有。采集控制对图象质量也有一定的影响,这就是采集卡的控制使用了。

     

    采集卡的好坏如何评判

    深思熟虑:卡好不好不是仅仅从功能角度来评价的,SDK也是需要考虑的一个因素,还有兼容性问题等等,现在的 CameraLink形式的好像兼容性大大提高了。兼容性,不仅仅是与摄象机之间的,还有与底板之间的,还有1394形式兼容性也很好,甚至有时会遇到与 显示之间的兼容性问题,这就是系统设计的问题啦,原来模拟形式的卡兼容性的问题更严重些 ,有时,显卡、主板等对卡的兼容性也会产生影响。另外,在选择采集卡的时候,根据自己功能需要,同时注意兼容性问题和开发方便性就好。

     

    图像采集卡与图像处理软件的关系

    在这个问题上,专家们认为,图象采集卡主要是图象采集功能,采集方式通常软件控制,至于图象进一步处理,通常是在图象采集之后进行的,图像卡所 带的SDK直接影响图像采集控制软件的设计方式。模拟采集卡会影响图像质量,一般数字卡不会,数字采集卡一般只是把数字摄像机采集好的图像数据传输到处理 器内存中而已。数字卡要说对图像质量的影响只能说是在抗干扰方面做的好不好啦。比如会丢帧或数据破坏。至于数据破坏问题,一般会在资源占有不合理时候会存 在。与外界信号干扰及数据线长度有很大关系。丢帧主要是速率问题。那就要在系统设计方面下功夫了。图像产生锯齿通常是分辨率问题。这个问题就涉及到具体的 摄像机和卡的型号啦。

     

    关于千兆网卡的发展

    千兆网卡是个很好的东西,但目前好像可靠性还有待提高。千兆网除了高速外,还有一个优点就是抗干扰,安全和长度方面目前 没有限制,而且可以多机并行处理。工业现场比较复杂,尤其有很多外界的信号干扰,如果这个时候使用的是非屏蔽线就可能遇到数据破坏问题。至于千兆网卡的距 离传输问题,能传多远要看好几方面的因素, 如外界干扰、交换机、网线、网卡、cameraLink线等都会影响传输距离。CameraLink线的质量也非常重要,国产的一般不能用。光纤的连接有 活动连接和固定连接,处理不好都会影响。

    相机外同步和内同步问题讨论

    专家介绍说,外同步通常是针对外部信号触发控制使用,应该是多相机同步采集时吧,一般做工业现场的在线视觉系统都会尽量 用外同步信号采图,外触发采图可以精确到微妙级,单相机外触发采集也存在同步问题。尤其是高速运动目标的检测。单相机外触发采集也存在同步问题,这样才能 准确地在目标到来的一瞬间采集到图像,而软件控制采集的时间准确性则差得比较多。相机和光源之间是另外一回事,与采集卡的关系并不大。

    图像采集卡的技术发展现状与发展趋势

    ROGER:低端的采集卡是否会被标准数字接口取代的问题,似乎存有争议。有人认为,只要标准的模拟相机存在,低端采集卡就会存在。在国内低端的设备还 是大有市场的,除非高端的把价格降下来。而张裕认为,对于低端采集卡的市场前景并不是很乐观。据数据统计,虽然采集卡的数量一直到2009年都会持续增 长,但是边际利润却再不断下降。而且,IEEE1394发展也比较迅猛,千兆网卡的应用时代也很快会到来。当然,数字相机如何应用在工业领域还是会存在一 些问题。同时,采集卡的应用发展还要受到控制和成本的问题。在特定的领域里,采集卡还是唯一的选择。相信在相当长的时期内,工业流水线还是需要大量的模拟 卡。而且采集卡在高校和科研机构还是很有市场的,他们不需要工业环境。另外,模拟摄像机在监控方面用得量很大,所以很便宜,在低成本方面模拟像机还是会有 优势的。当然,从长远发展看,智能像机将会对低端设备产生很大冲击,因而对采集卡市场是不小的冲击。

     

     

    至于国内的技术发展,可以说,国内公司完全有能力开发自己的数字采集卡和摄像机。我们有很好的研发队伍,但变不成商品。 国内的研发带有一定的盲目性,也是现实。不是制造能力差,是缺乏制造精品的意识。国内研发在用户接口界面上也存在一定的问题。变不成商品的主要因素是产品 层次不合理,所以不知道该怎么制造了。应该说研发与制造都有问题吧。研发投入是一个问题,国内主要还是为了产品而开发,国外却更多是基于应用而开发。但我 认为目前国内对有限的产品开发应该首先确立层次应用,这样才便于量产。如果不能提供很好的应用方案,成为主导怕很艰难。国内的工业自动化水平提高到一定阶 段,机器视觉行业才能有大发展。

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  • 图像采集原理

    千次阅读 2013-12-05 21:41:29
    采集过程中,由于采集卡传送数据采用PCI Master Burst方式,图象传送速度高达33MB/S,可实现摄像机图像到计算机内存的可靠实时传送,并且几乎不占用CPU时间,留给CPU更多的时间去做图像的运算与处理。 图象速率及...

    视频采集
      即将视频转换成PC机可使用的数字格式。
      专业图象采集卡是将视频信号经过AD转换后,经过PCI总线实时传到内存和显存。在采集过程中,由于采集卡传送数据采用PCI Master Burst方式,图象传送速度高达33MB/S,可实现摄像机图像到计算机内存的可靠实时传送,并且几乎不占用CPU时间,留给CPU更多的时间去做图像的运算与处理。

    图象速率及采集的计算公式
      
    帧图像大小(Image Size):W×H(长×宽)---您必须首先了解:需要采集多大的图象尺寸?
      颜色深度∶d(比特数)---希望采集到的图象颜色(8Bit灰度图象还是16/24/32Bit真彩色)
      帧 速∶f---标准PAL制当然就是25帧,非标准就没准了!500-1000帧都有可能
      数 据 量∶Q(MB)---图象信号的数据量
      采 样 率∶A(MB)---采集卡的采样率,通过其产品手册可知
      计算公式∶ Q=W×H×f×d/8
      判断标准∶如果A>Q×1.2,则该采集卡能够胜任采集工作。

    视频源
      
    使用各种图象采集卡,首先需要您提供采集或压缩用的视频源。视频源可以是∶
      VCD影碟机、已有的录像带、摄录机、LD视盘、CCD摄像头、监视器的视频输出等等。
      ● 一台摄录机和使用摄录机录制的录像带.
      ● 一台盒式录像机或磁带录像机和已录制的录像带.
      ● LD光盘播放机LD光盘或VideoCD播放机和VCD
      ● 摄录机或CCD摄像机
      ● 在医疗影像中,视频源常常是CT、X光机、B超、内窥镜、甚至MRI核磁共振等等。
      ● 各种工业、军事上的高速非标准视频信号,如每秒200帧、500帧、甚至上千帧…
      (如用DALSA、PULNIX等高档数字像机作为视频源)

    其它
      
    ●标准图像源设备必须使用NTSC或PAL格式,有复合视频或S-Video,甚至RGB输出接口;
      ●非标准信号需要得到其行频、场频等信息,可用示波器或维视测试卡。
      ●如需声音采集则还需要单声道或立体声的RCA音频输出接口。
      ●您可使用我们提供的视频信号线将视频源设备与PC机的图象采集卡相应端






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