攝像頭芯片原理與應(yīng)用ppt課件

1、 攝像頭芯片攝像頭芯片 分類與運(yùn)用分類與運(yùn)用目錄人眼與攝像頭；攝像頭對(duì)人眼的拓展：時(shí)間域；空間域；能量域；頻譜域；傳感器選擇；專題：CCD、CMOS比較；人眼的功能人眼相當(dāng)于一架攝像機(jī)，人經(jīng)過(guò)視覺(jué)獲取絕大多數(shù)信息。人眼由角膜、晶狀體、前房后房、玻璃體等環(huán)節(jié)組成。人眼局限：時(shí)間：看不到50Hz以上的閃爍，也不能長(zhǎng)時(shí)間凝視；空間：人眼的最小分辨率空間角為1角分；能量：適宜的光強(qiáng)為0.1lux到3000lux；頻譜：只對(duì)380nm到780nm波長(zhǎng)電磁波敏感；攝像頭的目的攝像頭的目的就是在如下方面拓展人眼視覺(jué)：時(shí)間、空間、能量、頻譜；普通幀頻-低幀頻、高幀頻；普通分辨率-高分辨率；普通照度-低照度、高

2、動(dòng)態(tài)范圍；可見(jiàn)光域-紅外域、紫外域、X射線域、多光譜域；目錄人眼與攝像頭；攝像頭對(duì)人眼的拓展：時(shí)間域；空間域；能量域；頻譜域；傳感器選擇；專題：CCD、CMOS比較；時(shí)間域普通幀頻在普通運(yùn)用中，攝像頭的幀頻在5到200幀/秒之間。時(shí)間域慢掃描 在一些科學(xué)儀器或者醫(yī)學(xué)微光成像運(yùn)用中，對(duì)圖像的幀頻要求不高，但是對(duì)信噪比、最低探測(cè)輻照度要求嚴(yán)厲。這時(shí)會(huì)降低傳感器的讀出頻率，以獲取較低的讀出噪音。這時(shí)，攝像頭的幀周期可到達(dá)幾分鐘甚至數(shù)小時(shí)。時(shí)間域高速 高速攝像頭幀頻500到2000幀，代表性的運(yùn)用在：汽車碰撞實(shí)驗(yàn)、彈頭運(yùn)動(dòng)分析等。時(shí)間域超高速 超高速攝像頭幀頻可到達(dá)1MHz，甚至更高。這種超高速可以采

3、用CCD器件實(shí)現(xiàn)，但是只能存儲(chǔ)很短的序列圖像，如288幀。代表運(yùn)用：流膂力學(xué)、火焰分析、爆轟實(shí)驗(yàn)。空間域普通分辨率 面陣：640480、12801024、 2K2K等； 線陣：1024、2048、4096等；空間域大分辨率 面陣：5K7k，10K10K等； 線陣：10K，14K等； 典型運(yùn)用：航拍測(cè)繪、衛(wèi)星遙感；能量域普通照度 最低照度 信噪比為1時(shí)的輻照度；普通CCD攝像頭敏感可達(dá)0.2Lux；普通CMOS攝像頭在1Lux以上； 有些監(jiān)控用夜視攝像頭，標(biāo)稱到達(dá)0.001Lux，是加上圖像幀間處置后的效果；能量域低照度低于0.1Lux以下的成像，就可以稱為低照度運(yùn)用；低照度成像分為慢掃描和視頻

4、成像兩種；低照度下視頻成像需求運(yùn)用特殊CCD，如： EMCCD、EBCCD、ICCD；普通的CCD傳感器經(jīng)過(guò)慢掃描方式也可以實(shí) 現(xiàn)0.001Lux照度下成像。 延伸爆光時(shí)間，提高光輻照量；降低信號(hào)讀出速率，減少讀出噪聲；采用致冷技術(shù)，降低暗電流噪聲；能量域超高動(dòng)態(tài)范圍動(dòng)態(tài)范圍：飽和照度/最低照度。飽和照度受攝像頭傳感器勢(shì)阱容量限制，最低照度受攝像頭總體噪聲程度和傳感器量子效率限制；普通CCD攝像頭動(dòng)態(tài)范圍為48dB60dB ；好的CCD電路設(shè)計(jì)，加上良好的噪聲抑制電路可以到達(dá)72dB；公用CMOS傳感器采用非破壞電荷讀取技術(shù)和非線性光電轉(zhuǎn)換技術(shù)，可以到達(dá)120dB動(dòng)態(tài)范圍。典型運(yùn)用：激光焊接實(shí)

5、時(shí)監(jiān)控；頻譜域可見(jiàn)光具備和人眼接近的光譜呼應(yīng)曲線，敏感區(qū)間在380nm到780nm 之間，峰值出如今550nm左右；頻譜域紅外近紅外：波長(zhǎng)0.82.5um；中紅外：波長(zhǎng)2.525um； 遠(yuǎn)紅外：波長(zhǎng)25um1000um；紅外傳感器通常針對(duì)12.5m、35m、814m三個(gè)紅外窗口，如InSb, HgCdTe, Vox等；典型運(yùn)用：武器導(dǎo)航、電站監(jiān)測(cè)、油庫(kù)監(jiān)測(cè)、輪機(jī)檢測(cè)、醫(yī)療診斷等；頻譜域紫外光由于地球大氣層中的臭氧對(duì)200280納米波段紫外光的幾乎完全吸收，構(gòu)成所謂的“日盲區(qū)，任務(wù)在此波段的探測(cè)器的背景非常微弱而干凈?？梢赃\(yùn)用的器件包括：BCCD、EBCCD、熒光粉可見(jiàn)光CCD、紫外光電陰極像加

6、強(qiáng)管等。典型運(yùn)用：高壓線路放電檢測(cè)、指紋提取、凝膠成像、化學(xué)發(fā)光成像等。頻譜域X光 利用X射線生成待測(cè)樣品的影像，顯示其在厚度變化、內(nèi)部和外部缺陷以及裝配細(xì)節(jié)等，廣泛運(yùn)用于醫(yī)療和工業(yè)無(wú)損檢測(cè)；波長(zhǎng)略大于0.5納米的被稱作軟X射線，波長(zhǎng)短于0.1納米的叫做硬X射線。醫(yī)療主要運(yùn)用軟X射線管電壓小于25 kV。能量小，對(duì)人體損傷小，具有大的吸收系數(shù)，因此成像更明晰，密度分辨率也更高。工業(yè)檢測(cè)典型運(yùn)用：焊縫檢測(cè)、鋼絲繩檢測(cè)、工業(yè)CT、輪胎檢測(cè)、復(fù)合資料的缺陷檢測(cè) 等。頻譜域多光譜通常攝像頭只是獲得一定范圍內(nèi)光譜曲線積分的結(jié)果。多光譜、超光譜成像技術(shù)不同于傳統(tǒng)的單一寬波段成像技術(shù)，而是將成像技術(shù)和光譜丈

7、量技術(shù)相結(jié)合，獲取的信息不僅包括二維空間信息，還包含隨波長(zhǎng)分布的光譜輻射信息，構(gòu)成所謂的“數(shù)據(jù)立方。多光譜的實(shí)現(xiàn)通常有兩種方式。一種是采用多鏡頭成像，每個(gè)鏡頭對(duì)應(yīng)一個(gè)光譜段，用帶通濾波器選出對(duì)應(yīng)譜段，各鏡頭同時(shí)對(duì)同一視場(chǎng)成像。另一種方式是采用單鏡頭成像，在焦面上采用分色系統(tǒng)，將不同譜段的像分開(kāi)。目錄人眼與攝像頭；攝像頭對(duì)人眼的拓展：時(shí)間域；空間域；能量域；頻譜域；傳感器選擇；專題：CCD、CMOS比較；傳感器選擇普通運(yùn)用面陣/線陣；分辨率；CCD/CMOS；任務(wù)幀頻；黑白/彩色，以及彩色掩膜；傳感器選擇普通運(yùn)用CCD轉(zhuǎn)移方式：全幀型、幀轉(zhuǎn)移型、行間轉(zhuǎn)移；勢(shì)阱深度，決議可探測(cè)信息的動(dòng)態(tài)范圍；量子

8、效率及背景噪音，決議可以探測(cè)的最低照度；其他，像元尺寸、敏感波長(zhǎng)、像元間距、逐/隔行、抗輻照加固、任務(wù)溫度；傳感器選擇特殊運(yùn)用 主要依托選擇公用的光電傳感器。如：紫外成像、紅外成像、多光譜成像、超高幀頻成像、低照度成像、Xray成像等；目錄人眼與攝像頭；攝像頭對(duì)人眼的拓展：時(shí)間域；空間域；能量域；頻譜域；傳感器選擇；專題：CCD、CMOS比較；CCD、CMOS比較1.信息讀取方式 CCD電荷耦合器存儲(chǔ)的電荷信息，需在同步信號(hào)控制下一位一位地實(shí)施轉(zhuǎn)移后讀取，電荷信息轉(zhuǎn)移和讀取輸出需求有時(shí)鐘控制電路和三組不同的電源相配合，整個(gè)電路較為復(fù)雜。CMOS光電傳感器經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后直接產(chǎn)生電流或電壓信號(hào)，信號(hào)讀取非常簡(jiǎn)單。2.速度 CCD電荷耦合器需在同步時(shí)鐘的控制下，以行為單位一位一位地輸出信息，速度較慢；而CMOS光電傳感器采集光信號(hào)的同時(shí)就可以取出電信號(hào)，還能同時(shí)處置各單元的圖像信息，速度比CCD電荷耦合器快很多。3.電源及耗電量 CCD電荷耦合器至少需求三組電源供電，耗電量較大；CMOS光電傳感器普通只需運(yùn)用一個(gè)電源，耗電量非常小，僅為CCD電荷耦合器的1/8到1/10，CMOS光電傳感器在節(jié)能方面具有很大優(yōu)勢(shì)。4.成像質(zhì)量 CCD電荷耦合器制造技術(shù)起步早，技術(shù)成熟，采用PN結(jié)或二氧化硅隔離層隔離噪聲，成像質(zhì)量相對(duì)