1、會計學1CCD知識知識(zh shi)簡介簡介第一頁，共41頁。如何準確地描述(mio sh)一幅圖像第2頁/共41頁第1頁/共41頁第二頁，共41頁。感光芯片的設計思想：就是(jish)分割被描述區域，用相應的灰度填充。第3頁/共41頁第2頁/共41頁第三頁，共41頁。實物(shw)圖像(t xin)數字(shz)量光子模擬量（電壓）電荷第4頁/共41頁第3頁/共41頁第四頁，共41頁。實物(shw)圖像(t xin)數字(shz)量光子模擬量（電壓）電荷光源顯示設備A/D轉換光電轉換設備放大設備第5頁/共41頁第4頁/共41頁第五頁，共41頁。實物(shw)圖像(t xin)光子(gung

2、z)模擬量（電壓）電荷日光監視器光電轉換設備放大設備模擬相機 + 監視器第6頁/共41頁第5頁/共41頁第六頁，共41頁。實物(shw)圖像(t xin)數字(shz)量光子模擬量（電壓）電荷光源 PC存儲處理模擬采集卡光電轉換設備放大設備模擬相機 + 模擬采集卡第7頁/共41頁第6頁/共41頁第七頁，共41頁。實物(shw)圖像(t xin)數字(shz)量光子模擬量（電壓）電荷光源A/D轉換光電轉換設備放大設備 PC數字采集卡數字相機 + 數字采集卡第8頁/共41頁第7頁/共41頁第八頁，共41頁。第9頁/共41頁第8頁/共41頁第九頁，共41頁。光電轉換(zhunhun)電路(dinl)

3、放大A/D光子(gungz)電子電壓數字信號CMOS芯片可以在像素上同時完成這兩個步驟芯片可以在像素上同時完成這兩個步驟CCD與與CMOS的光電轉換示意圖的光電轉換示意圖由上面兩圖可看出由上面兩圖可看出：CMOS和CCD最大的區別是 CMOS的 電荷到電壓轉換過程是在每個像素上完成的CCD第10頁/共41頁第9頁/共41頁第十頁，共41頁。第11頁/共41頁第10頁/共41頁第十一頁，共41頁。CCD與與CMOS比較比較(bjio)從以上的對比可以看出：CCD在圖像(t xin)的質量上更有優勢。而常見的高速相機則會采用CMOS芯片。CCDCMOS電路更改方便固定速度慢快噪聲好差靈敏度好差功耗

4、毫安級微安級成本高低第12頁/共41頁第11頁/共41頁第十二頁，共41頁。A 光電轉換(zhunhun)第13頁/共41頁第12頁/共41頁第十三頁，共41頁。會不斷變淺，直至會不斷變淺，直至(zhzh)飽和飽和.B 電荷(dinh)儲存第14頁/共41頁第13頁/共41頁第十四頁，共41頁。B 減少測量時間C 把滿的水倒出一些D 做個導流管，讓溢出(y ch)的水流到地上去，不要流到其他桶里第15頁/共41頁第14頁/共41頁第十五頁，共41頁。水桶水桶CCD芯片芯片缺點缺點把桶做大增大單位像素尺寸減少測量時間縮短曝光時間對于暗的部分曝光不足把滿的水桶到出一些間歇開關時鐘電壓降低速度做個導

5、流管溢出溝道和溢出門制作復雜，且還有缺陷第16頁/共41頁第15頁/共41頁第十六頁，共41頁。C 電荷轉移第17頁/共41頁第16頁/共41頁第十七頁，共41頁。第18頁/共41頁第17頁/共41頁第十八頁，共41頁。Global shutter（全局電子(dinz)快門）Rolling shuttert1t2t3t4t5t6t1t2t3t4第19頁/共41頁第18頁/共41頁第十九頁，共41頁。t1t2t3第20頁/共41頁第19頁/共41頁第二十頁，共41頁。在每一個像素(xin s)區域，應該有電荷儲存空間和用來轉移的空間。這樣才能順利完成轉移。第21頁/共41頁第20頁/共41頁第二

6、十一頁，共41頁。CCD中電荷包的轉移是由各極板下面的勢阱不對稱引起的。電壓高的地方，就會產生相對(xingdu)的勢阱，電荷會聚集在勢阱里。當高電壓的位置按照一定方向轉移時，勢阱的位置也會隨之轉移，如此，電荷就會隨著移動。第22頁/共41頁第21頁/共41頁第二十二頁，共41頁。第23頁/共41頁第22頁/共41頁第二十三頁，共41頁。第24頁/共41頁第23頁/共41頁第二十四頁，共41頁。Full frame transfer（全幀轉移(zhuny)）芯片的每一個像素都感光。傳輸時，每一列向單行串行寄存器上相對應的位置(wi zhi)轉移。同時，串行寄存器向陣列的出口轉移。第25頁/共4

7、1頁第24頁/共41頁第二十五頁，共41頁。Frame transfer （楨轉移(zhuny)）register芯片的一半像素感光，另一半被遮住。傳輸時，首先感光部分快速向不感光部分的對應位置轉移。之后每一列再向串行寄存器上對應的位置轉移。同時，感光部分的空間由于沒有了電荷可以繼續感光。 優勢(yush)：利用了像素之間轉移快的特點。 優點:傳輸快。第26頁/共41頁第25頁/共41頁第二十六頁，共41頁。Interline transfer 隔行轉移（transfer 電荷轉移方式，芯片的固定結構， 圖中兩個是一個(y )像素）隔行傳輸的好處在于，感光和傳輸不在同一列，從而避免了兩者之間的

8、沖突。但缺點在于，芯片并不是所有(suyu)面積都在感光。這樣，對于定位測量要求比較高的話，會有影響。One pixel第27頁/共41頁第26頁/共41頁第二十七頁，共41頁。第28頁/共41頁第27頁/共41頁第二十八頁，共41頁。基于驅動電路的設計，原則上，CCD芯片可以完成如下功能：對任意相鄰(xin ln)行和列的數據進行合并輸出（在不過飽和的前提下）在串行寄存器中，對不感興趣的數據可以直接清零第29頁/共41頁第28頁/共41頁第二十九頁，共41頁。ACEGBDFHab cd efghefghBinning 2*2 約節約(jiyu)1/2的時間 圖為原來1/4但很亮相臨4個像素(

9、xin s)的電荷相臨2像素(xin s)的電荷Binning 的實質在于把相臨幾個像素所積累的電荷累加起來。作為一個電荷進行轉換。這樣做的效果，相當于把幾個像素拼成了一個大像素使用。優點：速度、亮度得到提高。缺點：分辨率降低。1.合并輸出第30頁/共41頁第29頁/共41頁第三十頁，共41頁。1111222233334444設置(shzh)感興趣區域（AOI）要得到第3+4行數據： line1 +line2 清零(qn ln) line3 輸出 line4 輸出 2.寄存器清零(qn ln)操作第31頁/共41頁第30頁/共41頁第三十一頁，共41頁。第32頁/共41頁第31頁/共41頁第三

10、十二頁，共41頁。轉移次數多、效率(xio l)低、調制只適用于像素單元較少的成像器件。轉移(zhuny)次數少一半，它的總轉移(zhuny)效率大大提高。普通 分辨率4096 線陣CCD 采集速度 ：10-15KHzBasler sprint 分辨率4096 線陣CCD 采集速度 ：140KHz第33頁/共41頁第32頁/共41頁第三十三頁，共41頁。彩色形成：需要(xyo)同一點的R/G/B三原色的數值。A AR AG AB第34頁/共41頁第33頁/共41頁第三十四頁，共41頁。 1. 棱鏡3CCD彩色(cis)相機 利用棱鏡，將光線折射成三部分。在R，G，B三束光線的 方向上分別帖上三

11、片感光片，各自感光。第35頁/共41頁第34頁/共41頁第三十五頁，共41頁。2.BAYER彩色相機 利用BAYER濾光片，讓相臨四個像素分別只能接收R，G， G，B光。每個像素輸出的信息只是相應色光的灰度值。之 后，通過軟件(run jin)合成為彩色。這樣，每個像素的彩色信息其實 是不獨立的，依賴于相臨像素的信息。第36頁/共41頁第35頁/共41頁第三十六頁，共41頁。顏色(yns)變化不大顏色(yns)變化很大第37頁/共41頁第36頁/共41頁第三十七頁，共41頁。3. 3 layer CCD彩色(cis)相機 使用RGB3層芯片重疊放置，由于不同能量的光子對芯片物質的穿透率差異(chy)，可以通過計算在每一層上感光的電荷數目來獲知最初入射的原始光子情況。從而知道每一個點的RGB值光線(gungxin)第38頁/共41頁第37頁/共41頁第三十八頁，共41頁。彩色(c