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时间:2019-08-03
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1、摄像头芯片分类与应用目录人眼与摄像头;摄像头对人眼的拓展:时间域;空间域;能量域;频谱域;传感器选择;专题:CCD、CMOS比较;人眼的功能人眼相当于一架摄像机,人通过视觉获取绝大多数信息。人眼由角膜、晶状体、前房后房、玻璃体等环节组成。人眼局限:时间:看不到50Hz以上的闪烁,也不能长时间凝视;空间:人眼的最小分辨率空间角为1角分;能量:适合的光强为0.1lux到3000lux;频谱:只对380nm到780nm波长电磁波敏感;摄像头的目的摄像头的目的就是在如下方面拓展人眼视觉:时间、空间、能量、频谱;普通帧频--------低帧频、高
2、帧频;普通分辨率--------高分辨率;普通照度---------低照度、高动态范围;可见光域---------红外域、紫外域、X射线域、多光谱域;目录人眼与摄像头;摄像头对人眼的拓展:时间域;空间域;能量域;频谱域;传感器选择;专题:CCD、CMOS比较;时间域普通帧频在普通应用中,摄像头的帧频在5到200帧/秒之间。时间域慢扫描在一些科学仪器或者医学微光成像应用中,对图像的帧频要求不高,但是对信噪比、最低探测辐照度要求严格。这时会降低传感器的读出频率,以获取较低的读出噪音。这时,摄像头的帧周期可达到几分钟甚至数小时。时间域高速高速
3、摄像头帧频500到2000帧,代表性的应用在:汽车碰撞试验、弹头运动分析等。时间域超高速超高速摄像头帧频可达到1MHz,甚至更高。这种超高速可以采用CCD器件实现,但是只能存储很短的序列图像,如288帧。代表应用:流体力学、火焰分析、爆轰实验。空间域普通分辨率面阵:640×480、1280×1024、2K×2K等;线阵:1024、2048、4096等;空间域大分辨率面阵:5K×7k,10K×10K等;线阵:10K,14K等;典型应用:航拍测绘、卫星遥感;能量域普通照度最低照度信噪比为1时的辐照度;普通CCD摄像头敏感可达0.2Lux;普
4、通CMOS摄像头在1Lux以上;有些监控用夜视摄像头,标称达到0.001Lux,是加上图像帧间处理后的效果;能量域低照度低于0.1Lux以下的成像,就可以称为低照度应用;低照度成像分为慢扫描和视频成像两种;低照度下视频成像需要使用特殊CCD,如:EMCCD、EBCCD、ICCD;普通的CCD传感器通过慢扫描方式也可以实现0.001Lux照度下成像。延长爆光时间,提高光辐照量;降低信号读出速率,减少读出噪声;采用致冷技术,降低暗电流噪声;能量域超高动态范围动态范围:饱和照度/最低照度。饱和照度受摄像头传感器势阱容量限制,最低照度受摄像头总
5、体噪声水平和传感器量子效率限制;普通CCD摄像头动态范围为48dB~60dB;好的CCD电路设计,加上良好的噪声抑制电路可以达到72dB;专用CMOS传感器采用非破坏电荷读取技术和非线性光电转换技术,可以达到120dB动态范围。典型应用:激光焊接实时监控;频谱域可见光具备和人眼接近的光谱响应曲线,敏感区间在380nm到780nm之间,峰值出现在550nm左右;频谱域红外近红外:波长0.8-2.5um;中红外:波长2.5-25um;远红外:波长25um-1000um;红外传感器通常针对1-2.5μm、3-5μm、8-14μm三个红外窗口,
6、如InSb,HgCdTe,Vox等;典型应用:武器导航、电站监测、油库监测、轮机检测、医疗诊断等;频谱域紫外光由于地球大气层中的臭氧对200-280纳米波段紫外光的几乎完全吸收,形成所谓的“日盲区”,工作在此波段的探测器的背景非常微弱而干净。可以使用的器件包括:BCCD、EBCCD、荧光粉+可见光CCD、紫外光电阴极像增强管等。典型应用:高压线路放电检测、指纹提取、凝胶成像、化学发光成像等。频谱域X光利用X射线生成待测样品的影像,显示其在厚度变化、内部和外部缺陷以及装配细节等,广泛应用于医疗和工业无损检测;波长略大于0.5纳米的被称作软
7、X射线,波长短于0.1纳米的叫做硬X射线。医疗主要使用软X射线(管电压小于25kV)。能量小,对人体损伤小,具有大的吸收系数,因此成像更清晰,密度分辨率也更高。工业检测典型应用:焊缝检测、钢丝绳检测、工业CT、轮胎检测、复合材料的缺陷检测等。频谱域多光谱通常摄像头只是获得一定范围内光谱曲线积分的结果。多光谱、超光谱成像技术不同于传统的单一宽波段成像技术,而是将成像技术和光谱测量技术相结合,获取的信息不仅包括二维空间信息,还包含随波长分布的光谱辐射信息,形成所谓的“数据立方”。多光谱的实现通常有两种方式。一种是采用多镜头成像,每个镜头对应
8、一个光谱段,用带通滤波器选出对应谱段,各镜头同时对同一视场成像。另一种方式是采用单镜头成像,在焦面上采用分色系统,将不同谱段的像分开。目录人眼与摄像头;摄像头对人眼的拓展:时间域;空间域;能量域;频谱域;传
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