機(jī)器視覺CCD工業(yè)相機(jī)的分類
2020-09-04 09:48:37
CCD是60年代末期由貝爾試驗室發(fā)明。開始作為一種新型的PC存儲電路，很快CCD具有許多其他潛在的應(yīng)用，包括信號和圖像（硅的光敏性）處理。
CCD 是在薄的硅晶片上處理一系列不同的功能，在每一個硅晶片上分布幾個相同的IC等可產(chǎn)生功能的元件，被選擇的IC從硅晶片上切下包裝在載體里用在系統(tǒng)上?？偨Y(jié)下來,CCD主要有以下幾種類型：
一、面陣CCD：
允許拍攝者在任何快門速度下一次曝光拍攝移動物體。
二、線陣CCD：
二、線陣CCD：
用一排像素掃描過圖片，做三次曝光——分別對應(yīng)于紅、綠、藍(lán) 三色濾鏡，正如名稱所表示的，線性傳感器是捕捉一維圖像。初期應(yīng)用于廣告界拍攝靜態(tài)圖像，線性陣列，處理高分辨率的圖像時，受局限于非移動的連續(xù)光照的物體。
三、三線傳感器CCD：
三、三線傳感器CCD：
在三線傳感器中，三排并行的像素分別覆蓋RGB濾鏡，當(dāng)捕捉彩色圖片時，完整的彩色圖片由多排的像素來組合成。三線CCD傳感器多用于高端數(shù)碼相機(jī)，以產(chǎn)生高的分辨率和光譜色階。
四、交織傳輸CCD：
四、交織傳輸CCD：
這種傳感器利用單獨的陣列攝取圖像和電量轉(zhuǎn)化，允許在拍攝下一圖像時在讀取當(dāng)前圖像。交織傳輸CCD通常用于低端數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)和拍攝動畫的廣播拍攝機(jī)。
五、全幅面CCD：
五、全幅面CCD：
此種CCD具有更多電量處理能力，更好動態(tài)范圍，低噪音和傳輸光學(xué)分辨率，全幅面CCD允許即時拍攝全彩圖片。全幅面CCD由并行浮點寄存器、串行浮點寄存器和信號輸出放大器組成。全幅面CCD曝光是由機(jī)械快門或閘門控制去保存圖像，并行寄存器用于測光和讀取測光值。圖像投攝到作投影幕的并行陣列上。此元件接收圖像信息并把它分成離散的由數(shù)目決定量化的元素。這些信息流就會由并行寄存器流向串行寄存器。此過程反復(fù)執(zhí)行，直到所有的信息傳輸完畢。接著，系統(tǒng)進(jìn)行精確的圖像重組。
數(shù)碼相機(jī)曝光的整個流程：
1． 機(jī)械快門打開，CCD曝光
2． 在CCD內(nèi)部光信號轉(zhuǎn)為電信號
3． 快門關(guān)閉，阻塞光線。
4． 電量傳送到CCD輸出口轉(zhuǎn)化為信號。
5． 信號被數(shù)字化，數(shù)字資料輸入內(nèi)存。
6． 圖像資料被進(jìn)行處理，顯示在LCD或電腦上。
面陣數(shù)碼相機(jī)如何解決彩色圖像的曝光？
1．三塊CCD同時曝光的方法
*種方法是采取了三塊CCD芯片同時曝光的方法，它可以在一次曝光拍攝的同時，捕捉到所有的彩色信息。當(dāng)光線通過鏡頭射向CCD表面的時候，由一個特制的棱鏡式分光鏡，將影像的成像光速成分射到三個不同的CCD平面。每一個CCD只記錄紅綠藍(lán)色光中一種色光的彩色信息，并且只再現(xiàn)一種色彩，然后通過軟件的對準(zhǔn)處理，合成為一幅完整的全彩色畫面。
由于人類的眼睛對于光譜綠色波段的光色*為敏感，有些數(shù)碼相機(jī)在安排濾色片的時候使用兩排綠濾色片來記錄綠光信息，而使用第三排紅色和藍(lán)色的馬賽克濾色片來分別記錄紅光和藍(lán)光的信息。由于紅色和藍(lán)色信息存在間隙，這里需要由計算機(jī)采取的插值計算方法來增加附加它的彩色信息。
2、單一芯片三次曝光的拍攝方式
面陣排列數(shù)碼相機(jī)捕捉彩色信息的第二種方法是“單一芯片三次曝光的拍攝方式”。采取這樣的方法時，數(shù)碼相機(jī)鏡頭的前方需要安裝一個濾色片轉(zhuǎn)輪，拍照時必須通過轉(zhuǎn)輪中的紅綠藍(lán)三塊濾色片，分別做三次單獨的曝光，分別記錄下紅綠藍(lán)光的彩色信息。*后照相機(jī)的軟件將三次曝光的影像信息結(jié)合在一起，構(gòu)成為全彩色的影像。
使用這樣的方法時，由于是用三次曝光來記錄彩色信息，顯然，攝影者使用這樣一臺面陣的數(shù)碼相機(jī)，就只能局限于拍攝靜態(tài)物體。此外，由于三次拍攝條件可能出現(xiàn)的差異，很可能產(chǎn)生數(shù)碼相機(jī)的軟件不能適當(dāng)重新組合影像的問題。特別是曝光過程中，光源發(fā)生的波動也都會改變影像的彩色平衡。三次曝光的數(shù)碼相機(jī)可以用來拍攝動態(tài)的單色影像（包括黑白照片），這是因為在濾色片轉(zhuǎn)輪上，除了三塊紅綠藍(lán)濾色之外，還有一塊透明的濾色片，它是用來黑白影像做單次曝光拍攝時使用的。由于只需要一次曝光，因而它可以拍攝動態(tài)物體。
3、單芯片一次曝光的拍攝方式
第三種方式是“單芯片一次曝光的拍攝方式”。在這一方式中，每一單個的像素都以兩種方式覆蓋著不同的紅，綠，藍(lán)色濾色片，一種是條紋覆蓋法，另一種是馬賽馬克圖案交錯覆蓋法。有些芯片上的綠濾色片多于紅色和藍(lán)色濾色片，這是因為需要去適應(yīng)人眼視覺在可見光譜中對綠色更為敏感的特點。這樣，較多地使用綠色濾色片可以改善影像的分辨率。
每一個感光的像素只能捕獲一種彩色，它需要從相鄰的像素那里獲得更多的彩色信息，這是采取插值的計算方法實現(xiàn)的。如果不正確的彩色信息被賦值于像素之中，那么插值的效果也會出現(xiàn)問題，這通常在高反差影像的邊緣部分表現(xiàn)得*為明顯，比如黑色的文字，常常會出現(xiàn)彩色的鑲邊。
CCD在圖像運作的三大角色：
1． 曝光，通過離散的像素將光信號變?yōu)殡娦盘枴?br/>當(dāng)入射光以光子的形式落在像素陣列上時，就獲得一個圖像。每一個光子相對應(yīng)的能量被硅吸收就發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生一個（電子-孔）電量組，每一個像素所能收集到的電子數(shù)，線性地取決于光亮的程度和曝光的時間，非線性的取決于波長。
2． 電量轉(zhuǎn)移，在CCD內(nèi)部進(jìn)行電量轉(zhuǎn)移。
一旦電量被集中并保持在像素的結(jié)構(gòu)中，就一定會使在物理上與像素分離的偵測放大器得到電量，當(dāng)一個像素的電量移動時，同時相對應(yīng)的像素的電量都會移動。電量對電壓的轉(zhuǎn)換并輸出放大。
數(shù)碼相機(jī)曝光的整個流程：
1． 機(jī)械快門打開，CCD曝光
2． 在CCD內(nèi)部光信號轉(zhuǎn)為電信號
3． 快門關(guān)閉，阻塞光線。
4． 電量傳送到CCD輸出口轉(zhuǎn)化為信號。
5． 信號被數(shù)字化，數(shù)字資料輸入內(nèi)存。
6． 圖像資料被進(jìn)行處理，顯示在LCD或電腦上。
面陣數(shù)碼相機(jī)如何解決彩色圖像的曝光？
1．三塊CCD同時曝光的方法
*種方法是采取了三塊CCD芯片同時曝光的方法，它可以在一次曝光拍攝的同時，捕捉到所有的彩色信息。當(dāng)光線通過鏡頭射向CCD表面的時候，由一個特制的棱鏡式分光鏡，將影像的成像光速成分射到三個不同的CCD平面。每一個CCD只記錄紅綠藍(lán)色光中一種色光的彩色信息，并且只再現(xiàn)一種色彩，然后通過軟件的對準(zhǔn)處理，合成為一幅完整的全彩色畫面。
由于人類的眼睛對于光譜綠色波段的光色*為敏感，有些數(shù)碼相機(jī)在安排濾色片的時候使用兩排綠濾色片來記錄綠光信息，而使用第三排紅色和藍(lán)色的馬賽克濾色片來分別記錄紅光和藍(lán)光的信息。由于紅色和藍(lán)色信息存在間隙，這里需要由計算機(jī)采取的插值計算方法來增加附加它的彩色信息。
2、單一芯片三次曝光的拍攝方式
面陣排列數(shù)碼相機(jī)捕捉彩色信息的第二種方法是“單一芯片三次曝光的拍攝方式”。采取這樣的方法時，數(shù)碼相機(jī)鏡頭的前方需要安裝一個濾色片轉(zhuǎn)輪，拍照時必須通過轉(zhuǎn)輪中的紅綠藍(lán)三塊濾色片，分別做三次單獨的曝光，分別記錄下紅綠藍(lán)光的彩色信息。*后照相機(jī)的軟件將三次曝光的影像信息結(jié)合在一起，構(gòu)成為全彩色的影像。
使用這樣的方法時，由于是用三次曝光來記錄彩色信息，顯然，攝影者使用這樣一臺面陣的數(shù)碼相機(jī)，就只能局限于拍攝靜態(tài)物體。此外，由于三次拍攝條件可能出現(xiàn)的差異，很可能產(chǎn)生數(shù)碼相機(jī)的軟件不能適當(dāng)重新組合影像的問題。特別是曝光過程中，光源發(fā)生的波動也都會改變影像的彩色平衡。三次曝光的數(shù)碼相機(jī)可以用來拍攝動態(tài)的單色影像（包括黑白照片），這是因為在濾色片轉(zhuǎn)輪上，除了三塊紅綠藍(lán)濾色之外，還有一塊透明的濾色片，它是用來黑白影像做單次曝光拍攝時使用的。由于只需要一次曝光，因而它可以拍攝動態(tài)物體。
3、單芯片一次曝光的拍攝方式
第三種方式是“單芯片一次曝光的拍攝方式”。在這一方式中，每一單個的像素都以兩種方式覆蓋著不同的紅，綠，藍(lán)色濾色片，一種是條紋覆蓋法，另一種是馬賽馬克圖案交錯覆蓋法。有些芯片上的綠濾色片多于紅色和藍(lán)色濾色片，這是因為需要去適應(yīng)人眼視覺在可見光譜中對綠色更為敏感的特點。這樣，較多地使用綠色濾色片可以改善影像的分辨率。
每一個感光的像素只能捕獲一種彩色，它需要從相鄰的像素那里獲得更多的彩色信息，這是采取插值的計算方法實現(xiàn)的。如果不正確的彩色信息被賦值于像素之中，那么插值的效果也會出現(xiàn)問題，這通常在高反差影像的邊緣部分表現(xiàn)得*為明顯，比如黑色的文字，常常會出現(xiàn)彩色的鑲邊。
CCD在圖像運作的三大角色：
1． 曝光，通過離散的像素將光信號變?yōu)殡娦盘枴?br/>當(dāng)入射光以光子的形式落在像素陣列上時，就獲得一個圖像。每一個光子相對應(yīng)的能量被硅吸收就發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生一個（電子-孔）電量組，每一個像素所能收集到的電子數(shù)，線性地取決于光亮的程度和曝光的時間，非線性的取決于波長。
2． 電量轉(zhuǎn)移，在CCD內(nèi)部進(jìn)行電量轉(zhuǎn)移。
一旦電量被集中并保持在像素的結(jié)構(gòu)中，就一定會使在物理上與像素分離的偵測放大器得到電量，當(dāng)一個像素的電量移動時，同時相對應(yīng)的像素的電量都會移動。電量對電壓的轉(zhuǎn)換并輸出放大。