CCD視覺基礎知識要(yào / yāo)點

CCD視覺基礎知識要(yào / yāo)點

1. 圖像系統方案

光源選型模拟方案（針對物體速度比較慢）

組成：模拟相機，鏡頭，圖像（視頻）采集卡，光源和(hé / huò)圖像處理軟件，數字方案（針對物體速度比較快）

組成：數字相機，鏡頭，圖像轉接卡，光源和(hé / huò)圖像處理軟件

 對特定的(de)檢測目标首先要(yào / yāo)确認目标物的(de)性質：視野、物距、精度、運動方式（靜止或者運動）、物體形狀（考慮圓柱形物體用線陣攝像頭）

感光芯片類型:

A. COMS(互補金屬氧化物半導體）

B. CCD(電荷耦合器件)

芯片主要(yào / yāo)參數：

A.分辨率和(hé / huò)像元尺寸

 640*480;1024*768;1280*960

1英寸 ——靶面尺寸爲(wéi / wèi)寬12.7mm×高9.6mm，對角線16mm
2/3英寸——靶面尺寸爲(wéi / wèi)寬8.8mm×高6.6mm，對角線11mm
1/2英寸——靶面尺寸爲(wéi / wèi)寬6.4mm×高4.8mm，對角線8mm
1/3英寸——靶面尺寸爲(wéi / wèi)寬4.8mm×高3.6mm，對角線6mm
1/4英寸——靶面尺寸爲(wéi / wèi)寬3.2mm×高2.4mm，對角線4mm

B.幀率(fps) 常見CCD幀率 15fps;30fps;60fps

C.顔色   灰度和(hé / huò)彩色（Bayer和(hé / huò)3CCD）

D.快門速度 1/10000s,1/50000s 快門方式：全局和(hé / huò)卷簾

A. GLOBAL SHUTTER exposes the entire imager simultaneously. The entire frame is exposed and begins gathering light; when the predetermined “shutter speed” has elapsed, the sensor stops gathering light and turns its current exposure into an electronic image. There is no physical “shutter” that covers and uncovers the sensor; it’s all done with timing. At the start of exposure the entire sensor starts gathering light; at the end of exposure the light-gathering circuitry is turned off and the contents of the sensor are then “read out” to become an image.

 A. ROLLING SHUTTER is very different. The rolling shutter actually exposes different portions of the frame at different points in time, “rolling” through the frame. Again, it’s not an actual physical moving shutter that’s doing this (as opposed to a movie camera, which actually has a moving physical shutter). Instead, the sensor is telling different portions to become light-sensitive at different moments in time, and as this process proceeds down the course of the full frame, until the entire frame is exposed.

http://dvxuser.com/jason/CMOS-CCD/

快門速度計算：

假設速度是(shì)0.5m/s,640*480的(de)分辨率，視場爲(wéi / wèi) 4*3mm，3mm/480=0.006mm,因此像素當量爲(wéi / wèi)0.006mm

當物體在(zài)快門時(shí)間内的(de)運動大(dà)于(yú)1.5個(gè)像素時(shí)我們就(jiù)可以(yǐ)認爲(wéi / wèi)會出(chū)現拖影，因此要(yào / yāo)不(bù)出(chū)現拖影則：t(快門)=0.006*1.5/0.5=0.00018s

E.像元尺寸    

像元尺寸=CCD寬/水平方向分辨率（或者 CCD高/垂直方向分辨率）

像元尺寸越大(dà)，感光效果越好

數字接口類型

USB     ： 120Mbps~480Mbps

1394a  ：   400Mbps

1394b  ：   800Mbps

GigE    ： 1000Mbps

CameraLink： （75MHz）

base          1.8Gbps

mediu        3.6Gbps

full             4.8Gbps  

2. 鏡頭選型

焦距f    

f =工作距離* CCD高（寬） (物體高（寬）+CCD高（寬）)

舉例：物體大(dà)小80*80mm，工作距離200~300mm，采用1/2”CCD（寬6.4mm，高4.8mm ）

則 F=WD*4.8/(80+4.8)=11.3~16.9mm，故選擇 12mm鏡頭

光圈/相對孔徑

A 概念：

a.相對孔徑：孔徑與焦距的(de)比值（D/f）

b.光       圈：相對孔徑的(de)倒數。F = 1/(D/f)

B 分類：

a.手動

b.自動

分辨率（線對）

概念：在(zài)單位毫米内能夠分辨開的(de)黑白相間條紋數

分别率爲(wéi / wèi)1/2d, 其中d爲(wéi / wèi)線寬，分辨率的(de)單位爲(wéi / wèi)lp/mm(線對/毫米) 

例如一(yī / yì ／yí)個(gè)CCD的(de)像元尺寸大(dà)小爲(wéi / wèi)5um x 5um,則像元的(de)分辨率爲(wéi / wèi)：

N=1/(2X0.005)=100(lp/mm)

在(zài)選擇鏡頭時(shí)通常要(yào / yāo)求鏡頭的(de)分辨率要(yào / yāo)略高于(yú)這(zhè)個(gè)值。

景深公式爲(wéi / wèi)： 

前景深 ΔL1=FδL²／f²+FδL

後景深 ΔL2= FδL²／f²-FδL

景深ΔL=ΔL1+ΔL2=2f²FδL²／f4 - F²δ²L²

由景深計算公式可以(yǐ)看出(chū)，景深與鏡頭使用光圈、鏡頭焦距、拍攝距離以(yǐ)及對像質的(de)要(yào / yāo)求(表現爲(wéi / wèi)對容許彌散圓的(de)大(dà)小)有關。

彌散圓的(de)定義：

在(zài)焦點前後，光線開始聚集和(hé / huò)擴散，點的(de)影象變成模糊的(de)，形成一(yī / yì ／yí)個(gè)擴大(dà)的(de)圓，這(zhè)個(gè)圓就(jiù)叫做彌散圓。

允許的(de)最小彌散圓越大(dà)，景深越淺，推廣到(dào)畫幅上(shàng)，就(jiù)是(shì)在(zài)其它條件不(bù)變的(de)情況下，畫幅越大(dà)，景深越淺，畫幅越小，景深越大(dà)。

允許彌散圓直徑=感光元件對角線長度*1/1730。

相機與鏡頭之(zhī)間的(de)關系

舉例:

客戶現有一(yī / yì ／yí)台½”相機（解析度752*582，像元大(dà)小爲(wéi / wèi)8.6um*8.3um）和(hé / huò)一(yī / yì ／yí)個(gè)鏡頭（鏡頭的(de)分辨率爲(wéi / wèi)80lp/mm），由于(yú)相機停産，客戶爲(wéi / wèi)節約成本，隻想換相機而(ér)不(bù)換鏡頭，問該客戶若換成¼”相機（解析度640*480，像元大(dà)小 5um* 5um ）是(shì)否能滿足要(yào / yāo)求？

客戶原有½”相機所需鏡頭的(de)分辨率（1/2d）=1/2*8.6*10-3=58lp/mm換成¼”相機後所需鏡頭的(de)分辨率（1/2d） =1/2*5*10-3=100lp/mm根據選鏡頭時(shí)鏡頭的(de)分辨率要(yào / yāo)大(dà)于(yú)計算出(chū)來(lái)的(de)分辨率可知隻換相機而(ér)隻換鏡頭是(shì)達不(bù)到(dào)要(yào / yāo)求的(de)。

成像質量對比：

1） VGA分辨率鏡頭所拍攝圖像：

2） 百萬像素分辨率鏡頭所拍攝圖像：

3. 光源選型

條形光源

環形光源

背光源

點光源

同軸光源