《智能機器人與傳感器》教案課程單元設計21 - 視覺光學傳感器CCD工作原理

PAGEPAGE2《傳感器技術與應用》一、教案頭本次課標題：視覺相關--光學傳感器CCD工作原理授課班級16電子信息3-1上課時間課時：2上課地點知行樓5-413教學目標能力（技能）目標知識目標1、能描述CCD成像的基本過程2、能描述數(shù)碼相機色彩的產生3、能描述數(shù)碼相機像素的產生4、能描述原始數(shù)碼照片是經過運算后得到的5、能理解并使用內置Jpeg的攝像頭做為機器人的視覺系統(tǒng)。清晰了解加快了傳輸速度的原理。1、掌握微鏡片的作用。2、熟練掌握Bayer濾光鏡的作用3、熟練掌握CCD傳感器光電效應4、熟練掌握每個傳感器里面每個單元轉換后的電流讀出、放大、ADC后，形成一個像素5、熟練掌握所有單元形成一張“數(shù)碼照片”6、掌握這張“數(shù)碼照片”需要經過相機內置算法處理后，才能得到一張真正意義的彩色數(shù)碼照片7、掌握內置處理算法還能將此原始大小的彩色數(shù)碼照片進行Jpeg的壓縮處理，減少數(shù)據(jù)量的傳輸能力訓練任務及案例任務：參考資料【1】RafaelC.GonzalezandRichardE.Woods，《DigitalImageProcessing》，ISBN:978-01333567249783642766282，Pearson,2017年3月【2】佳能網站：/technology/s_labo/light/003/04.html【3】彩色CCD成像原理/pinbodexiaozhu/article/details/39696153二、教學設計步驟教學內容教學方法教學手段學生活動時間分配告知（教學內容、目的）1、微鏡片提高填充因子作用。2、Bayer濾光鏡的分光作用，同時介紹白光的頻率成分3、CCD傳感器光電效應4、CCD傳感器里面每個單元轉換后的電流讀出、放大、ADC后，形成一個像素5、所有像素形成一張“數(shù)碼照片”6、這張“數(shù)碼照片”需要經過相機內置算法處理后，才能得到一張真正意義的彩色數(shù)碼照片教師主講多媒體聽講解5分鐘引入（任務項目）CCD作為主流的光敏感傳感器之一，了解其工作原理，有利于對網絡攝像頭、數(shù)碼單反等獲得數(shù)碼圖像、數(shù)碼視頻的理解。特別是搞嵌入式開發(fā)的，明白這個原理，有助于解決類似抓取圖像速度不夠等問題。教師主講多媒體聽講解3分鐘操練（掌握初步或基本能力）1、介紹微鏡片提高填充因子作用。2、介紹Bayer濾光鏡的分光作用，同時介紹白光的頻率成分3、講解CCD傳感器光電效應4、講解正片CCD傳感器里面每個單元轉換后的電流讀出、放大、ADC后，形成一個像素5、介紹所有單元形成一張“數(shù)碼照片”6、介紹這張“數(shù)碼照片”需要經過相機內置算法處理后，才能得到一張真正意義的彩色數(shù)碼照片師生互動討論小組討論40分鐘深化（加深對基本能力的體會）1、介紹蜂窩技術--超級CCD。通過重新排列陣列中的感光元件，更有效地增加感光面積及分辨率。2、介紹用在專業(yè)單反的3CCD技術，提供更高質量的數(shù)碼照片。教師主講上機指導實際操作演示指導+實操10分鐘歸納(知識和能力)與傳統(tǒng)的光電傳感器類似，利用了PN節(jié)的光電效應。更負責的是，需要讀出一個陣列的數(shù)據(jù)，同時需要考慮信噪比、色彩恢復、速度等因素。師生互動小組討論討論小組討論5分鐘訓練鞏固拓展檢驗看教育視頻：鏡片的生產、CCD工作原理動畫等師生互動實際操作演示指導+實操13分鐘總結通過本課學習，從比較理論的方式了解了CCD感光器件的工作原理。從光線進入感光器件，到彩