d8光電圖傳應(yīng)用

1、【8】 Ch.8 CMOS圖像傳感器 說明:教材P157 CH.8前4節(jié)（8.18.4）內(nèi)容已在光電技術(shù)原理課程中講過，恕不重復(fù)；其中，P183 8.5內(nèi)容在此討論。 與CCD相比，CMOS圖像傳感器性能稍差，但尺寸小、價(jià)低、多讀出方式、任意局部取景和高速讀取等優(yōu)勢(shì)，已占市場(chǎng)先機(jī)。8.5.1 M28-SA型CMOS攝像機(jī) DALSA產(chǎn)品，快、能整體、局取曝光和快拍；與CCD相比，動(dòng)態(tài)范圍大大超過，達(dá)120dB，光譜范圍相差無幾，但響應(yīng)曲線平滑度差距較大，不大適用于光譜探測(cè)。 （1）性能參數(shù)：三種型號(hào)性能參數(shù)對(duì)比；只IM28-SA有小范圍取景參數(shù)。性能比CCD稍差，但尺寸小、價(jià)低、多讀出方式。（

2、2）電子束掃描/像敏單元構(gòu)成靶面，正面成像轉(zhuǎn)換，背面掃描讀?。?）電子束掃描/像敏單元構(gòu)成靶面，正面成像轉(zhuǎn)換，背面掃描讀?。?）光譜響應(yīng)特性？（3）動(dòng)態(tài)范圍大： 采用線性對(duì)數(shù)模式：軟件自動(dòng)控制模式轉(zhuǎn)換像亮度弱時(shí)為線性模式，像亮度強(qiáng)時(shí)為對(duì)數(shù)模式（“乘”變“加”），動(dòng)態(tài)范圍如前述可達(dá)120dB。（6）軟件功能設(shè)定：軟件功能執(zhí)行程序，寫入E2PROM，根據(jù)運(yùn)行需要，調(diào)入專用移位寄存器，以供調(diào)用（P241表86）。（4）非略讀/略讀2種增益控制模式 非略讀模式增益選1或4。略讀模式要與“線性對(duì)數(shù)響應(yīng)模式”配合細(xì)選定增益，防信號(hào)丟失（此方式時(shí)常數(shù)略增，幀周不宜太短，否則信號(hào)丟失。圖6-80比較效果；改錯(cuò)

3、）。（5）最小取景：2行64列(前頁表85/M28)。1 如移存器1517“曝光控制”程序：（圖861）快門開正脈沖將所有像元復(fù)位、再積分，快門關(guān)圖像電荷信號(hào)幀讀出。 又如移存器2123“設(shè)置幀時(shí)間”：）自主模式（圖862）：幀頻固定，拒外觸發(fā)；幀周期內(nèi)場(chǎng)逆程復(fù)位、積分，場(chǎng)正程幀讀出，掃描圖像。)外觸發(fā)模式：幀頻設(shè)置由外觸發(fā)同步，其它同自主模式。（翻P185圖863）8.5.2 MC1300高速CMOS攝像機(jī)（適用于動(dòng)目標(biāo)攝像，參數(shù)見前表85） 硬件功能功能存儲(chǔ)器M：（1）6個(gè)功能簡(jiǎn)表存儲(chǔ)運(yùn)行模式或參數(shù)，如亮度、對(duì)比度、灰度等。可設(shè)置、可修改。場(chǎng)逆場(chǎng)正（2）從M取出的運(yùn)行模式、參數(shù)，輸入專用移

4、存器（15個(gè)）以供調(diào)用，實(shí)現(xiàn)特定功能。（3）能實(shí)施控制的模式、參數(shù)舉例：行長(zhǎng)度； 曝光形式（定時(shí)/可調(diào)）；幀頻；像敏元合并（相鄰元提高靈敏度，區(qū)別于“積累”）；增益；攝像計(jì)數(shù)；閃爍曝光CH.9 視頻信號(hào)處理與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集（輸出）9.0 CCD芯片的選用依據(jù)（1）根據(jù)圖像分辨率選用像元尺寸：如要求圖像精度即最高空頻40tvl/mm，由采樣定理，采頻fs80tvl/mm，采樣周期即電視線、元寬1/80mm12.5m，此即像元尺寸要求（2）物照度映射靜像亮度的范圍變化：CCD的動(dòng)態(tài)范圍（3）動(dòng)像亮度的時(shí)間變化數(shù)據(jù)采集時(shí)間Ts：fs2fm(t) ,即TsTm(t)/2，則Ts +t積（分時(shí)間）元周T

5、。（4）數(shù)據(jù)采集前，要對(duì)視頻信號(hào)數(shù)字化：二值化（信號(hào)邊沿陡化）處理；采樣、保持、量化和編碼ADC。9.1 二值化處理（板書簡(jiǎn)介P189圖9-1。已講自閱）9.2 模數(shù)變換ADC（自閱）9.3 線陣CCD輸出信號(hào)的數(shù)據(jù)采集與計(jì)算機(jī)接口(圖915) CCD輸出模擬視頻信號(hào)不能（？）直接被計(jì)算機(jī)接收處理。除須將模信變數(shù)信外，還要按計(jì)算機(jī)業(yè)內(nèi)約定的數(shù)據(jù)格式、要求，使格式化數(shù)字信號(hào)的電平高低、阻抗匹配、傳輸速率、時(shí)間段起點(diǎn)終點(diǎn)、傳輸方式等處理好，方可傳輸接口功能與方式（并、串、總線等）。9.3.1 采集與接口原理 常用總線方式：接口電路做在電路板上，板插機(jī)內(nèi)總線擴(kuò)展槽。由各種總線信號(hào)控制CCD與機(jī)內(nèi)CP

6、U、卡內(nèi)M直接通信；利用此機(jī)內(nèi)資源，快，成CCD數(shù)采主流。（1）收采：行元同步驅(qū)控CCDFc、SP采卡；視模經(jīng)ADC視數(shù)、址發(fā)M（2）發(fā)集：PC（AB）機(jī)M址譯（Fc、SP）步控器視數(shù)M、地址器發(fā)地址值數(shù)據(jù)緩沖接口電路（DB）機(jī)M（CPU）CCD外同步9.3.2 典型PC總線線陣CCD數(shù)據(jù)采集卡 （1）AD16-2K卡：適用于2048元、16位AD的PC總線的采集卡。其中的FPGA/Altera7032完成地址計(jì)數(shù)、同步控制、地址譯碼等。 16位A/D700： 由比較器推知為逐次反饋比較型，數(shù)據(jù)可串、并（常用）出；并出時(shí)，先高8位后低8位；精度高，快（元16位轉(zhuǎn)換周期17s），有采樣保持S/H

7、，3態(tài)出，可作光譜探測(cè)。 AB 工作： Fc行、SP元升沿啟動(dòng)ADC行轉(zhuǎn)換,一元轉(zhuǎn)換完成后，（Status或）Data Ready,7032中同步控制功能發(fā)出雙脈沖信號(hào)，讀AD轉(zhuǎn)換器寄存器高8位、低8位數(shù)據(jù)。讀出到何處？在 RAMcs -wd控制下，分時(shí)輸出到地址發(fā)生器指定的6264像存儲(chǔ)器M地址空間；該2個(gè)字節(jié)空間高8位、低8位數(shù)據(jù)描述一元像素信號(hào)43202元全部轉(zhuǎn)換完后，同步控制器通知計(jì)算機(jī)通過步控讀像M，寫入機(jī)地址-譯碼器指定的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器M空間，完成二行數(shù)據(jù)的采集工作。AB 特點(diǎn)：)2048CCD只須出供Fc、SP，容易與之連接；）內(nèi)設(shè)8KB像數(shù)信M，1次采集2行；擴(kuò)展到1MB，存25

8、0行。設(shè)每行積分時(shí)間40ms，幀周可采集10s光照變化。用于鍍膜過程監(jiān)測(cè)膜厚及其它物理、化學(xué)變化。）多行測(cè)量取平均值，可消除噪聲影響。（2）AD8-H高速采集卡：（原理類上）8位ADC元轉(zhuǎn)換周期67ns，工頻15MHz。適用5127500元，M容量大，存千行數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)導(dǎo)彈等高速物。（3）多線陣CCD并行同步數(shù)據(jù)采集卡：控入：多路同步驅(qū)動(dòng)幾個(gè)CCD。如測(cè)試轉(zhuǎn)輪動(dòng)監(jiān)測(cè)4個(gè)方位，行頻高出驅(qū)頻3倍?？爻觯憾郈CD多ADC1個(gè)接口出。全硬件控制高速轉(zhuǎn)換采集。9.3.3 PCI總線連接器 定義外圍部件互連接口/Peripheral Component Interconnect /Interfase 較新的

9、高速總線PCI，規(guī)范定義了4種連接器/方式（插入卡）。5V-32PCI-32位插槽最常見，共定義了120個(gè)引腳，其主要信號(hào)約10種（P200202，自閱）9.3.4 基于PCI總線的A/D數(shù)采卡 常用2種方式實(shí)現(xiàn)：A-自開發(fā)，B-采用現(xiàn)貨芯片。（1）A方式：采用高性能FPGA/CPLD,按PCI規(guī)范自行制定接口協(xié)議自行設(shè)計(jì)專用芯片生產(chǎn)；開發(fā)期長(zhǎng)，成本低。（2）B方式：以美國(guó)PLX公司生產(chǎn)的總線控制器PCI9052（PPT次頁圖927/）為主，加上相關(guān)芯片構(gòu)成ADA11GH-PCI數(shù)采卡（PPT次頁圖928）。PCI9052控制CCD感光圖像信號(hào)AD1672 A/D緩存地址計(jì)數(shù)器像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器M地

10、址譯碼PCI總線機(jī)M/CPU。（3）幾種不同功能線陣CCD數(shù)采卡參數(shù)（次頁表91；以教材P205表9-1為準(zhǔn)）ADA11GH-PCI數(shù)據(jù)采集卡光強(qiáng)分布本課小結(jié) 1、CMOS圖像傳感器- IM28-SA型CMOS攝像機(jī)； 2、CMOS圖像傳感器- MC1300高速CMOS攝像機(jī)； 3、視頻信號(hào)處理與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集 （1）CCD芯片元尺寸的選用依據(jù)圖像分辨率； （2）二值化處理（自閱）； （3）模數(shù)變換ADC（自閱）； （4）線陣CCD輸出信號(hào)的數(shù)據(jù)采集與計(jì)算機(jī)接口：采集與接口原理；典型PC總線線陣CCD數(shù)采卡； PCI總線連接器定義（收）；基于PCI總線的A/D數(shù)采卡。 第八課 作 業(yè) 8.7； 8.8 ； 9.4; 9.5。提問：舉例說明如何根據(jù)圖像空間分辨率選用像元尺寸？答案：如要求圖像精度即最高空頻40tvl/mm，由采樣定理，采頻fs80tvl/mm，采樣周期即電視線、元寬（1/80）mm12.5m，此即像元尺寸要求。 復(fù)習(xí)題1：根據(jù)圖像空間分辨率選用像元尺寸：如要求圖像精度即最高空頻40tvl/mm，由采樣定理，采頻fs80tvl/mm，采樣周期即電視線、元寬（1/80）mm12.5m，此即像元尺寸要求。 復(fù)習(xí)題2：由動(dòng)像亮度的時(shí)間分辨率（變化快慢）數(shù)據(jù)采集時(shí)間Ts：fs2fm (t),即TsTm(t)/2，設(shè)積分時(shí)間t，則Ts元周Tt。 復(fù)習(xí)題3：AD16-