CCD視覺(jue)基礎知識要點

1. 圖(tu)像系統方案

光源選型模擬方案（針(zhen)對物體速度比較慢(man)）

組成：模擬相機，鏡頭，圖像（視頻）采集卡，光源和圖像處理軟件，數字(zi)方案（針對(dui)物體速度比(bi)較快）

組成：數字相機，鏡頭，圖(tu)像(xiang)轉接卡，光源和圖(tu)像(xiang)處理(li)軟(ruan)件

 對特定的檢測目標(biao)首先要確認目標(biao)物的性質：視野(ye)、物距、精度(du)、運(yun)動方式(shi)（靜止或者(zhe)運(yun)動）、物體形狀（考慮圓(yuan)柱形物體用線陣攝像(xiang)頭）

感光芯片類型:

A. COMS(互補金(jin)屬氧化物半導體）

B. CCD(電荷(he)耦合(he)器(qi)件)

芯(xin)片主要參數：

A.分(fen)辨率和像元尺寸

 640*480;1024*768;1280*960

1英寸 ——靶面尺寸為寬12.7mm×高9.6mm，對角線16mm
2/3英寸——靶面尺寸為寬8.8mm×高6.6mm，對角線11mm
1/2英寸——靶面尺寸為寬6.4mm×高4.8mm，對角線8mm
1/3英寸——靶面尺寸為寬4.8mm×高3.6mm，對角線6mm
1/4英寸——靶面尺寸為(wei)寬(kuan)3.2mm×高2.4mm，對角線4mm

B.幀(zhen)率(lv)(fps) 常見(jian)CCD幀(zhen)率(lv) 15fps;30fps;60fps

C.顏色   灰度和彩色（Bayer和3CCD）

D.快門速度 1/10000s,1/50000s 快門方式(shi)：全局和卷簾(lian)

A. GLOBAL SHUTTER exposes the entire imager simultaneously. The entire frame is exposed and begins gathering light; when the predetermined “shutter speed” has elapsed, the sensor stops gathering light and turns its current exposure into an electronic image. There is no physical “shutter” that covers and uncovers the sensor; it’s all done with timing. At the start of exposure the entire sensor starts gathering light; at the end of exposure the light-gathering circuitry is turned off and the contents of the sensor are then “read out” to become an image.

 A. ROLLING SHUTTER is very different. The rolling shutter actually exposes different portions of the frame at different points in time, “rolling” through the frame. Again, it’s not an actual physical moving shutter that’s doing this (as opposed to a movie camera, which actually has a moving physical shutter). Instead, the sensor is telling different portions to become light-sensitive at different moments in time, and as this process proceeds down the course of the full frame, until the entire frame is exposed.

//dvxuser.com/jason/CMOS-CCD/

快門速(su)度計算：

假設(she)速度是(shi)0.5m/s,640*480的分辨(bian)率(lv)，視場為 4*3mm，3mm/480=0.006mm,因此像素當(dang)量為0.006mm

當物體在快門時間內的運動大于1.5個像素時我們就可以認為會出現拖影，因此要不出現拖影則：t(快門(men))=0.006*1.5/0.5=0.00018s

E.像(xiang)元尺寸    

像(xiang)元尺(chi)寸=CCD寬/水(shui)平方(fang)向(xiang)分(fen)辨(bian)率（或者(zhe) CCD高/垂直(zhi)方(fang)向(xiang)分(fen)辨(bian)率）

像元尺寸越大(da)，感光(guang)效果越好

數字接口類型

USB     ： 120Mbps~480Mbps

1394a  ：   400Mbps

1394b  ：   800Mbps

GigE    ： 1000Mbps

CameraLink： （75MHz）

base          1.8Gbps

mediu        3.6Gbps

full             4.8Gbps  

2. 鏡頭選型

焦(jiao)距f    

f =工作距(ju)離* CCD高（寬） (物體高（寬）+CCD高（寬）)

舉(ju)例：物體大小80*80mm，工作距離200~300mm，采用(yong)1/2”CCD（寬6.4mm，高4.8mm ）

則 F=WD*4.8/(80+4.8)=11.3~16.9mm，故選擇 12mm鏡頭

光圈/相對孔徑(jing)

A 概念：

a.相對孔(kong)徑：孔(kong)徑與焦距(ju)的比值（D/f）

b.光     ;  圈：相對孔(kong)徑(jing)的倒數。F = 1/(D/f)

B 分(fen)類：

a.手動

b.自動

分辨率（線(xian)對）

概念：在單位毫米內能夠分辨開的黑白相間條(tiao)紋數

分別率(lv)(lv)為1/2d, 其(qi)中(zhong)d為線(xian)寬，分辨(bian)率(lv)(lv)的單(dan)位為lp/mm(線(xian)對/毫(hao)米) 

例如一個CCD的(de)像(xiang)元(yuan)尺寸(cun)大小為5um x 5um,則像(xiang)元(yuan)的(de)分(fen)辨率為：

N=1/(2X0.005)=100(lp/mm)

在(zai)選擇鏡(jing)頭(tou)(tou)時通常要(yao)求(qiu)鏡(jing)頭(tou)(tou)的分辨(bian)率要(yao)略(lve)高于這個(ge)值(zhi)。

景深公式為： 

前景深 ΔL1=FδL2／f2+FδL

后(hou)景深 ΔL2= FδL2／f2-FδL

景(jing)深ΔL=ΔL1+ΔL2=2f2FδL2／f4 - F2δ2L2

由景深計算公式可以(yi)看(kan)出(chu)，景深與鏡(jing)頭使用(yong)光圈(quan)、鏡(jing)頭焦距、拍攝(she)距離(li)以(yi)及對像(xiang)質的要(yao)求(表(biao)現為對容許彌(mi)散圓的大(da)小)有(you)關。

彌散圓的定義：

在(zai)焦點(dian)前(qian)后，光(guang)線開(kai)始聚(ju)集和(he)擴散(san)，點(dian)的(de)影象變成(cheng)模糊的(de)，形(xing)成(cheng)一個擴大的(de)圓，這個圓就叫(jiao)做彌散(san)圓。

允許的最小(xiao)彌散圓(yuan)越(yue)(yue)大，景深越(yue)(yue)淺，推廣(guang)到畫(hua)(hua)幅(fu)(fu)上，就是(shi)在(zai)其它(ta)條件(jian)不變的情況下，畫(hua)(hua)幅(fu)(fu)越(yue)(yue)大，景深越(yue)(yue)淺，畫(hua)(hua)幅(fu)(fu)越(yue)(yue)小(xiao)，景深越(yue)(yue)大。

允許(xu)彌散圓直(zhi)徑(jing)=感光元件對(dui)角(jiao)線長度*1/1730。

相機與鏡頭之間的關系

舉例:

客戶(hu)現有一臺?”相機(ji)（解(jie)析度752*582，像(xiang)元(yuan)大小為8.6um*8.3um）和一個鏡(jing)(jing)頭（鏡(jing)(jing)頭的分辨(bian)率為80lp/mm），由于相機(ji)停產，客戶(hu)為節約成本，只想換相機(ji)而不換鏡(jing)(jing)頭，問該客戶(hu)若換成?”相機(ji)（解(jie)析度640*480，像(xiang)元(yuan)大小 5um* 5um ）是否能滿足要(yao)求？

客戶原有?”相(xiang)機所需(xu)鏡(jing)頭的(de)分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)（1/2d）=1/2*8.6*10-3=58lp/mm換成?”相(xiang)機后所需(xu)鏡(jing)頭的(de)分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)（1/2d） =1/2*5*10-3=100lp/mm根據(ju)選鏡(jing)頭時(shi)鏡(jing)頭的(de)分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)要(yao)(yao)大于計算(suan)出來的(de)分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)可知只(zhi)換相(xiang)機而只(zhi)換鏡(jing)頭是達(da)不到要(yao)(yao)求的(de)。

成像質量對比：

1） VGA分(fen)辨(bian)率鏡頭(tou)所拍攝圖(tu)像(xiang)：

2） 百萬像素分(fen)辨(bian)率鏡(jing)頭所(suo)拍攝圖像：

3. 光源(yuan)選型

條形光源

環形光源

背光源

點光源

同(tong)軸光源(yuan)