图像的成像显示和记录.ppt

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1、第四章图像的成像、显示和记录摄像器件分类：内光电导效应型外光电效应型光电像管Iconoscope超光电像管superIconoscope正析像管Orthicon超正析像管superOrthicon视像管Vidcon氧化铅管Plumbicon硒砷锑管Saticon硅靶管电子管固体摄像器件MOS摄像器件CCD摄像器件(吸收光发出自由电子)入射光光电面二次电子倍增器信号出析像管原理光电子(电阻率随光量变化)RL+E像素等效电路C信号出电子枪入射光光导管原理信号出光导靶电子束直径(英寸)：3,1.5,1,2/3,1/2。超正析像管：惰性小噪声大。视像管：电场和长磁场聚

2、焦；网电极保证电子束垂直上靶。固体摄像器件：无须扫描和聚焦(按像素移位)，光谱响应宽，功耗低，可集成处理电路。有电荷耦合(CCD)和CMOS摄像器件，它是发展方向。信号出视像管构造图超正析像管CCD摄像器件光谱特性SiO2N-Si-V10VAl电极耗尽层(a)势阱的形成-V1*-V2(c)少数载流子的转移-V10V(b)少数载流子的捕获光照0V-V2(d)转移完成CCD摄像器件的工作原理：平面扫描CCD成像单元CCD移位寄存器输出信号行间转移方式帧转移方式MOS摄像器件的工作原理：ΦY1ΦY2信号输出Y移位寄存器X移位寄存器ΦX1φX2RLEMOS开关光电二极

3、管A/D数字信号输出彩色摄像机的分光：棱镜和滤色片分光RCCDGCCDBCCD红外滤光片变焦镜头R/BCCDGCCD红外滤光片变焦镜头青色滤光片红、蓝滤光片R/G/BCCD红、绿、蓝方格图案滤光片红外滤光片变焦镜头分色棱镜二向分色棱镜(a)三板式的棱镜分光(b)二板式的二向色棱镜分光(c)单板式的方格图案滤色片分光色再现性好的滤色片是把绿色配置成方格，而在其间配置红、蓝滤色片。绿色多可尽量加宽亮度信号的带宽。采用包含绿色成份的补色滤色片(白、青、黄)可以提高光的利用率。人眼和硅半导体相对不同波长光的敏感曲线CCD彩色摄像机3CCD：用前一像素替换有缺陷的缺陷补

4、偿电路；以G为准的白平衡，故色差中G替Y；Y控制光圈；轮廓补偿提高清晰度；处理电路有彩色校正、γ校正、黑斑补偿等。2CCD：R,B共用CCD后青色滤光片衰减红以保持增益一致；条形滤色片和识别电路分离红和蓝色；G独占CCD保证清晰度。技术指标低于3CCD，适用于专业级摄像应用。三板式CCD摄像机二板式CCD摄像机USB数字摄像机组成原理：UART8/10bits摄像接口256K×16（EDO/SDRAM）DRAM接口Addr.R/WData压缩引擎CECompressionEngine先进先出缓存（FIFO）8/108USB接口8系统控制器CMOS数字摄像器件（

5、HDCS）48MHZ晶振USB控制器USB总线USB驱动器数字相机芯片CMOS摄像器件的结构：APS(ActivePixelStructure)：由1990s中期NASA引入CMOS图像传感器，解决了噪声问题。像素尺寸减小后低光照下灵敏度迅速降低，采用微透镜和滤色片组合以及CMOS工艺的优势，前景好于CCD。APS在显微镜下的结构APS原理框图PhotodiodeActive-PixelArchitecture微透镜改善低光特性Bayer滤色片结构：图像传感器结构是每行同时输出2列上的像素：一行按G,R;---G,R。下一行按B,G;---B,G。因此，图像尺

6、寸基本以2×2的倍数扩大或缩小。有B，缺G和R：G=周围4个G的平均；R=周围4个R的平均。有G，缺B和R：B=周围2个B的平均；R=周围2个R的平均。有R，缺G和B：G=周围4个G的平均；B=周围4个B的平均。Bayer滤色片颜色内插算法Bayer滤色图案0123...6366376386390123:476477478479........::HDCS(Agilent公司)的结构：成像阵列VGA:640×480CIF:352×288模拟行缓冲列译码可编增益放大器PGA0PGA1模数转换器ADC0ADC1缓冲输出行译码行控制列控制PGA控制ADC控制10位并

7、行数据输出主控制状态机Reg0Reg1...Regn寄存器堆串联接口控制串并转换并行接口控制数据输出控制信号寄存器总线列地址行地址控制总线RegDataCtrlDIDOOERxDTxDTCLK2×2的块给出一个彩色像素所需要的三基色值，由于不同色滤光片的透光率和光电二极管的光谱响应差异造成三基色增益的不同，这将影响图像的白平衡。HDCS利用二个增益可编程的放大器(PGA)对三个基色分别设置不同放大倍数来解决，四组增益寄存器分偶行偶列和奇行奇列(影响G)，偶行奇列(影响R)，奇行偶列(影响B)。成像阵列中偶行是绿-红行，奇行是蓝-绿行。通过串行接口可对25个内部

8、寄存器编程，设置器件的工作和接口方式。