图像测量第三章图像测量系统

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1、中国科学技术大学自动化系汪增福图像测量技术第三章图像测量系统第三章图像测量系统图像测量系统概述图像传感器相机的几何标定相机的光学标定图像测量系统概述照明图像采集图像处理结果输出图像存储图像表示焦距，光圈，放大率，姿态等输入参数控制A/D变换强度,构造等图像处理照明控制图像传感器的组成采样孔：使数字化器能够单独观测特定的图像元素而不受图像其它部分的影响。图像扫描机构：使采样孔按照选定的方式在图像上移动，从而按照一定的顺序对图像的像素进行观测。光传感器：将被观测像素处的光强转换为电压或电流信号，完成光电转换功

2、能。量化器：将传感器输出的连续电量转化为整数值。图像帧存储器：将量化器产生的灰度值按照一定的格式存储起来，以用于后续的处理。图像传感器的性能像素大小图像大小被测的局部特征线性度噪声像素的物理尺寸相邻像素的间距允许输入的范围输出的像素数物理参数反射率透射率图像灰度和辐射照度读出噪声光子噪声图像传感器的类型并入串出并入并出串入串出串入并出图像传感器的基本组件光源白炽灯激光器荧光物质发光二极管图像传感器的基本组件光传感器光传感器的工作基础是光电效应光电效应一些金属、金属氧化物、半导体材料在光的照射下释放电子的现

3、象。外光电效应（光电发射效应）：物体在光的作用下，其中的电子从物体表面逸出的现象。内光电效应：当物体在光的作用下所释放的电子不逸出物体表面，而只是在物体的内部运动并使其电特性发生变化的现象。光电导效应光生伏特效应图像传感器的基本组件光传感器光电导效应：当半导体材料受到光照时，如果入射光子的能量大于其禁止带宽，则半导体内载流子数目增多，这将导致半导体电导率的改变，从而使半导体的电阻减小。光生伏特效应：当半导体的PN结受到光照时，如果入射光子的能量大于其禁止带宽，则在PN结两侧会产生光生电动势。图像传感器的成

4、像单元光传感器光电管光电倍增管当入射光照射到阴极上时，阴极会发射出电子，由于阳极的电位比阴极高，阳极便会收集阴极发射出来的电子，并在光电管回路中形成电流，该电流在负载电阻上产生输出电压。在入射的频谱成分和光电管电压不变的条件下，输出电压与入射光通量成正比。当电子或光子以足够大的速度轰击金属表面时，会使金属表面的电子逸出金属表面。这种逸出金属表面的电子叫做次生电子。光电倍增管的光电转换过程：当入射光的光子打在光电阴极上时，光电阴极发射出电子，该电子流又会打在比光电阴极电位高的第一倍增极上，产生新的次生电子…

5、…上述过程不断进行，直到最后一级的倍增极产生的次生电子被具有更高电位的阳极收集，并在外部回路中形成电流为止。外部回路中流过的电流与光电阴极上入射的光通量成正比。次生电子倍增极光敏二极管无光照射时，反向饱和漏电流小；有光照射时，反向饱和漏电流大大增加，形成光电流。该光电流随入射光强度的变化而相应变化。硅传感器图像传感器的成像单元光P型硅衬底金属电极二氧化硅沟阻势阱信号电荷光传感器：硅传感器图像传感器的扫描机制扫描机制：机械扫描图像传感器的扫描机制扫描机制：电子束扫描图像传感器电视摄像机电视摄像机是一种被广泛

6、使用的图像输入设备。它能将景物的光学图像转换成全电视信号。根据所使用的光谱波段的不同可有不同种类的摄像机。在可见光范围内，主要有:黑白摄像机彩色摄像机图像传感器电视摄像机电视摄像机的关键部件是电视摄像管。所谓的电视摄像管是一种能将景物的光学图像转换成电视图像信号的器件。该器件对整个摄像机系统的性能起着确定性的作用。它能将器件成像面上的空间景物的二维图像转变成时间轴上的一维图像信号。光电转换功能空时转换功能图像传感器黑白电视摄像机光电像管析像管超光电管超正析像管光电导管硅靶管硫化锑摄像管（Vidicon）氧

7、化铅摄像管（Plumbicon）硒靶管（Saticon）硒化镉摄像管（Channicon）新视像管（Newvicon）黑白电视摄像管图像传感器光电导摄像管工作原理靶聚焦线圈偏转线圈校正线圈镜头网电极阴极控制极加速极A1聚焦极A2聚焦极A3RL来自被摄景物的光线经摄像机的光学系统在光电靶表面成像。靶面不同位置处的点，由于所受到的照度不同将激励出数目不等的光电子，从而产生数值不等的光电导效应，引起高低不同的电位起伏，最终形成与输入光学图像相对应的电位图像。图像传感器光电导摄像管工作原理靶聚焦线圈偏转线圈校正线

8、圈镜头网电极阴极控制极加速极A1聚焦极A2聚焦极A3RL为了将电位图像转变成相应的时间信号，通常采用电子扫描的方法。如图所示，电子枪的作用是产生一条极细的电子束。由阴极所发出的电子束在加速电极A1和聚焦电极A2、A3的作用下，将以均匀的速度准确地落到靶面上。图中的校正线圈的作用是把出射的电子束的方向校正到和管轴的方向保持准确一致以提高管子的空间分辨率，而偏转线圈则被用来控制电子束在空间的运动以实现电子束对靶面的扫描。图像传感器