CCD工作原理PPT演示课件

（1）电荷存贮,在栅极未施加电压时，P型半导体分布均匀的空穴（多数载流子）栅极加正向电压，空穴远离栅极，形成耗尽层电压提高，耗尽层扩散，形成反型层（电子被表面势吸引，极薄，密度极高）反型层形成时的外加电压称为阈值电压MOS电容的衬底材料由P型换成N型，偏置电压也反号，则反型层为空穴深度耗尽状态，CCD工作状态（因为少数载流子缺乏，反型层不能立即形成）,CCD工作原理,1,表面势与栅极电压的关系,氧化层厚度对表面势的影响同样栅极电压下，不同厚度的氧化层有着不同的表面势,2,（2）电荷耦合,电极电压的变化使得电荷从一个势阱转移到另一个势阱CCD电极间的距离必须很小,才能保证电荷的转移,势阱产生势阱合并电荷转移电荷共有电荷转移势阱及电荷转移一个位置。电荷包的转移是由势阱的不对称和势阱耦合引起的,3,3）电荷的注入和检测,光注入：当光照射到CCD硅片上时，在栅极附近的体内产生电子-空穴对，其多数载流子被栅极电压排开，少数载流子则被其收集在势阱中形成信号电荷。光注入方式又可分为正面照射式及背面照射式。CCD摄像器件的光敏单元为光注入方式。光注入的电荷量Neo与入射的光谱辐射通量成线性关系,4,检测二极管、二极管偏置电阻、源极输出放大器和复位场效应管等构成CR2下的势阱输出栅下的势阱反向偏置二极管（相对于深势阱）产生电流IdQsIddtId使得A点的电位变化，反应注入到二极管电荷量的大小通过隔直电容检测出A点的电位变化，就可以检测出电荷量的大小,电荷的检测（输出方式）CCD的重要特性之一是信号电荷在转移过程中与时钟脉冲没有任何电容耦合，但在输出端则不可避免。,5,R太小，信号电荷的持续时间太短，不利于检测；R太大，利于信号电荷的检测，但容易产生不同周期内，信号电荷的重叠复位电路的作用：在转移脉冲的一个周期的末端，使场效应管导通，将剩余电荷流向电源，避免信号电荷的重叠，保持A的初始高电平,电荷的检测（输出方式）,6,CCD摄像原理,电荷耦合摄像器件ICCD摄像器件具有体积小、重量轻、功耗小、工作电压低和抗烧毁等优点，且具有分辨率、动态范围、灵敏度、实时传输和自扫描等方面的优越性CCD摄像器件在文件复印、传真，零件尺寸的自动测量和文字识别等民用领域；在空间遥感遥测、卫星侦察、导弹制导及潜望镜水平扫描摄像机等军事侦察系统中都发挥着重要作用。ICCD有两大类型：线型和面型。,7,N型沟道三相线阵CCD摄像原理,实际结构是把光敏的CCD和读出的移位寄存器分开,在1下的耗尽区内由于光学的本征激发产生电子空穴对，（光）电子将作为少数载流子在1势阱之中。光束是通过透明电极或电极之间进入半导体的，所激发出来的光电子数与光强有关，也与积分时间长短有关。于是光强分布图就变成CCD势阱中光电子电荷量分布图。积分完毕后，电极上的电压变成三相重叠的快速脉冲，把电荷包依次从输出端读出。,8,（1）面阵CCD摄像器件分成三个区域：成像区、存贮区和读出移位寄存区。（2）每读出一行以后，存贮区再转移一行。如此重复，直到全部像素被输出。在存贮区信号逐行输出的同时，成像区中另一电极正处于合适电压，对光强进行积分，这样隔行成像分辨率高。,9,（1）面阵CCD摄像器件分成三个区域：成像区、存贮区和读出移位寄存区。（2）每读出一行以后，存贮区再转移一行。如此重复，直到全部像素被输出。在存贮区信号逐行输出的同时，成像区中另一电极正处于合适电压，对光强进行积分，这样隔行成像分辨率高。,10,面阵CCD摄像器件的特性,分辨率CCD的分辨率主要取决于CCD芯片的像素数、像素尺寸、像素的密度同时还受到转移传输效率的影响。分辨率通常用电视线（TVL）表示。高集成度的光敏单元可获得高的分辨率，采用一些新的工艺结构，例如双层结构，将光电转换层和电荷转移层分开，可提高灵敏度和饱和信号的电荷量。灵敏度：单位光功率产生的信号电流影响灵敏度的因素：开口率，（感光单元面积与一个像素总面积之比）、感光单元电极形式和材料、CCD内的噪声,11,面阵CCD摄像器件的特性,噪声和动态范围动态范围：输出端峰值电压与均方根噪声电压之比动态范围由它的信号处理能力和噪声电平决定，反映了器件的工作范围，取决于势阱能收集的最大电荷量与受噪声限制的最小电荷量之差。噪声：半导体的热噪声、CCD芯片的放大噪声，放大器的输入电容。暗电流：热激励产生的电子空穴对形成，是随机噪声。光谱灵敏度：光敏单元在可见光谱内响应较均匀。光谱响应：微光，红外光，可见光,12,一、PSD工作原理,PSD的结构,一维PSD工作原理,外部引出端子外封装PN结窗口,入射光点，受光面（电阻层），输出电极1，输出电极2，电流1，电流2，正电荷移动，负电荷移动,13,一维PSD的位置检测入射光在半导体内产生正负等量电荷，即通过PN结在入射点附近的P层产生正电荷，在N层产生负电荷。P层不均匀的正电荷形成电流，引出端输出与到输出电极距离成反比的电流。,14,15,只要测出频率，就可以得到转速,带孔的盘,带锯齿的盘,带黑白反射块的盘,转速计测量原理,光电探测器件：光电池、光敏二极管或光敏三极管，光源：发光二极管,16,系统构成,电路转换：放大器、计数器,发光二极管,光敏探测器,光学调制系统,17,当长光栅固定，指示光栅相对移动一个栅距，莫尔条纹就变化一个周期。一般情况下指示光栅与工作台固定在一起。通过对指示光栅和长光栅形成的莫尔条纹计数得到工作台前后移动的距离。指示光栅移动的距离x：x=NP+P为光栅栅距，N为指示光栅移动距离中包含的光栅线对数，小于一个光栅栅距的小数。（1）简单的莫尔条纹测长仪只对指示光栅移过的光栅线对数N进行计数；（2）实际系统利用电子细分方法将莫尔条纹的一个周期细分。,莫尔条纹测长原理,18,细分判向原理,（1）四倍频细分透镜读数头1、灯泡2、聚光镜3、长光栅4、指示光栅5、四个柱面聚光镜6、狭缝7、四个光电二极管,19,（2）读数头构成特点及信号处理过程（1）四个柱面聚光镜布置在莫尔条纹的一个周期内，接受光栅透过的光能，它们相互之间相差1/4个莫尔条纹周期。（2）在每个柱面聚光镜的焦点上布置一个光电二极管，进行光电转换。（3）指示光栅移动一个栅距，莫尔条纹变化一个周期，则四个光电二极管分别输出相位差为90度的近似正弦信号，该信号整形后得到相差90度的方波脉冲信号（4）莫尔条纹变化一个周期，计数器中的到4个方波脉冲，提高分辨力,20,脉冲激光测距仪,测距原理由激光器对被测目标发射一个光脉冲，然后接收系统接收目标反射回来的光脉冲，通过测量光脉冲往返所经过的时间来算出目标的距离。,L为目标距离，2L为光脉冲往返所走过的距离。t为光脉冲往返所经过的时间。,21,脉冲激光测距仪,发射系统,接收系统,接收光学系统光电探测器低噪声宽带放大器整形电路,门控电路,时钟脉冲振荡器,计数显示器,激光器：LD，ND：YAG（调Q/锁模）电源发射望远系统,物镜小孔光阑干涉滤光片,22,脉冲测距仪步骤(1)开关15闭合：清计数器13；置触发器8、9为1,即Q81,O9=1；发射激光脉冲。(2)取样参考信号回波：使触发器8置0，即Q8=0,打开异或门11，计数器13计数。(3)测量信号回波：同或门10使得信号负脉冲可以通过，置触发器9为0，关闭11，13停止计数。,23,发射系统发射系统一般由激光器、电源和发射望远系统组成。激光器输出的光脉冲峰值功率极高，峰值功率在兆瓦量级，脉冲宽度在几十毫微秒量级。发射望远系统是倒置的伽利略望远镜，它可使激光的发散角进一步压缩，一般输出激光发散角在（10e-210e-3）rad范围以内。单位立体角的光能量得到提高，目标所得到的照度也相应提高，有利于提高作用距离。,24,接收系统接收系统由接收光学系统、光电探测器、低噪声宽带放大器和整形电路组成。接受系统包括接收物镜、小孔光阑及干涉滤光片光电探测器：光电探测器把光信号转变成电信号，再经过低噪声宽带放大器送到整形电路。,25,系统分析,光源：不同测试要求对光源的要求增强信号的光学方法的考虑：光电探测系统的光谱响应和响应时间测量分辨率分析时钟振荡频率激光脉冲的上升时间影响系统测量精度的因素系统的噪声分析,26,相位测距原理,（1）发射系统发射按频率f0变化的正弦调制光波（2）接收系统得到调制的光波回波，并转换成与其频率完全相同的电信号（3）测得发射与接收光波之间的相位差（角），即可测得距离,反射棱镜,相位激光测距仪,27,（2）计算过程：,，其中为相位差角，0为光波调制频率,（1）相位和时间的关系,（2）,（3）,其中,，称为光尺；,问题：相位计只能测量尾数，不能测量周期数,28,（3）“多尺”测量的概念（注意相对精度）,解决办法,29,相位测距原理,（1）发射系统发射按频率f0变化的正弦调制光波（2）接收系统得到调制的光波回波，并转换成与其频率完全相同的电信号（3）测得发射与接收光波之间的相位差（角），即可测得距离,反射棱镜,相位激光测距仪,30,（2）计算过程：,，其中为相位差角，0为光波调制频率,（1）相位和时间的关系,（2）,（3）,其中,，称为光尺；,问题：相位计只能测量尾数，不能测量周期数,31,（3）“多尺”测量的概念（注意相对精度）,解决办法,32,相位测距仪原理,（1）为某频率的正弦电流驱动发光二极管输出同相位正弦变化的光波。（2）两个测尺，频率分别为f1=15MHz,f2=150kHz（3）两个本振信号为f1-fc,f2-fc(fc=4kHZ)（4）主振信号与本振信号混频后得到低频信号，但保持高频的相位。,33,测量误差分析及校正实际仪器中电路各环节总会有时间延迟而引入相移，仪器内部光学系统中有一段光路长度，并且光学零件有折射率等，这些相移将引入误差误差校正在测量以前，光路转换设备将三角棱镜移近发光二极管前面，对内光路测一次，然后把这个测量结果在正式测距结果中减去，就可得到校正值。,34,7.4激光多普勒测速仪,（1）激光多普勒测速仪（简称LDV）是利用激光多普勒效应来测量流体或固体运动速度的一种仪器。因其大多用在流速测量方面，也称为激光测速计或激光流速计（简称LD）。,概述,35,（2）激光测速仪利用运动微粒散射光的多普勒频移来获得速度信息。由于流体分子的散射光很弱，为了得到足够的光强，需要在流体中悬浮有适当尺寸和浓度的微粒起示踪作用。（3）激光测速仪实际测得的是这些悬浮微粒的运动速度。多数自然微粒能够较好跟随流体流动。人工散播的微粒在微米数量级时，可以兼顾流动的跟随性和激光多普勒测速要求。,36,（4）光源与探测器处于相对运动状态时，探测器所接收到的光频率将发生变化。（5）光源固定，光波从运动的物体散射或者反射并由固定的探测器接收时，光频率也将发生变化。（6）多普勒频移与物体运动速度的方向、大小以及探测器的探测方位有关系。,37,激光多普勒测速仪的组成,激光多普勒测速仪示意图,激光多普勒测速仪由激光器、光学系统、信号处理系统等部分组成。,38,（1）激光器多普勒频移相对光波频率来说变化很小，因此，必须用频带窄及能量集中的激光作光源。为便于连续工作，通常使用气体激光器，如He-Ne激光器或氩离子激光器。He-Ne激光器功率较小，适用于流速较低或者被测粒子较大的情况；氩离子激光器功率较大，信号较强，应用最广泛。,39,（2）光学系统LDV按光学系统的结构不同，可分为双散射型、参考光束型和单光束型三种光路。,前向散射光路图,40,光学系统分发射和接收两部分。发射部分由分束器及反射器S把光线分成强度相等的两束平行光，然后通过会聚透镜L1聚焦在待测粒子P上，接收部分用接收透镜L2把散射光束收集，送到光电接收器PM上。为避免直接入射光及外界杂光也进入接收器，在相应位置上设有挡光器R及小孔光阑D。,41,激光多普勒测速技术的特点和应用,特点：属于非接触测量，对被测流场分布不发生干扰，还可在腐蚀性流体等恶劣环境条件下进行测量；动态响应快，可进行实时测量；空间分辨率高，目前已可测到10微米小范围内的流速；流速测量范围宽，目前已能测10-4103米/秒的速度；在光学系统和所用波长确定后，仅需测出频移或频差就可求得流速，测量精度高。对散射粒子的尺寸和浓度有一定要求光学系统和信号处理装置复杂，价格高，使用上存在一定的局限性。,42,第8章光纤测量技术,1.20世纪70年代中期，新技术，光纤传感伴随光纤技术、光通信技术形成2.光纤测量技术以光波为载体，以光纤为媒质来感知和传输外界信号3.优点：灵敏度高、耐腐蚀、电绝缘、防爆性好、不受电磁干扰、光路可挠曲、易于与微机连接、便于遥测、结构简单、体积小、重量轻、耗电少。,概述,43,4.光纤测量的特点,光纤测量系统具有极强的抗电磁干扰能力；光纤测量系统灵敏度高、响应快、传输性好的特点；由各种绝缘材料构成，耐腐蚀工作可靠，适于长期使用；结构简单体积小，可到常规传感器不能达到的部位检测；集信号敏感和传输于一体，易于构成分布式测量系统。,44,基本概念1）高纯度的石英，玻璃掺少量杂质（锗、硼、磷等）制成2）细长的圆柱形，通常直径为几微米到几百微米3）一般由两层光学性质不同的材料组成，中间部分是导光的纤芯，纤芯周围是包层4）相对折射率差定义:纤芯n1,包层n2,n2略小于n1.(n12-n22)/(2n12)(n1-n2)/n15）子午光线、子午面：某光线的传播路径始终在同一平面内，称之为子午光线，包含子午光线的平面称为子午面。对于圆柱形光纤，子午面就是包含圆柱体轴线的平面,8.1光纤的基本结构和导波原理,45,8.1光纤的基本结构和导波原理,光纤的基本结构光线的结构及子午光线的传播,光纤也叫光导纤维,46,光纤导光的基本原理全内反射,传播过程当一子午光线以入射角入射到光纤的端面时，在端面处发生折射，设折射角为，然后光线以角入射至纤芯与包层的界面。当角大于纤芯与包层间的临界角c时，则入射的光线在光纤的界面上发生全反射，并在光纤内部以同样的角度反复逐次反射，直至传播到另一端面。,47,光纤的数值孔径用NA表示。它是表征光纤性质的重要参数，反映了光纤与光源或探测器等元件的耦合效率，即光纤端面接收入射光的能力。光纤的数值孔径仅决定于光纤的折射率，与光纤的几何尺寸无关。数值孔径越大，光纤接收光的能力越好,根据折射定律:,设当达到临界角c时的入射角为c，得光纤数值孔径如下：,48,按传输模式分单模光纤只能传输一种模式，纤芯直径仅几个微米，接近波长。单模光纤的优点：没有模式色散，可利用波导色散抵消材料色散，以得到零色散。信息容量极大，可进行理论预测，可利用光的相位等。单模光纤的缺点：芯径很小，使用不便。,光纤的分类,49,(2)多模光纤能传输多种模式，甚至几百到几千个模式，纤芯直径远远大于波长。缺点：多模光纤由于模式色散的存在，从理论上难以预测其特性，信息容量小，用于传感器时则存在不能利用光的相位等限制。优点：因为芯径大至100微米左右，所以光纤相互之间的耦合以及与光源之间的耦合比较容易，使用方便。,50,按光纤折射率的径向分布分(1)阶跃光纤.(单模光纤)纤芯和包层的折射率不连续(2)梯度光纤（多模光纤）在中心轴上折射率最大，沿径向逐渐变小，纤芯和包层交界处n1=n2,51,按用途分类(1)通信光纤(2)非通信光纤特殊光纤有低双折射光纤、高双折射光纤、涂层光纤、液芯光纤、激光光纤和红外光纤等。按制作方法分类(1)石英玻璃光纤：化学气相沉积法（CVD）或改进化学气相沉积法（MCVD）制作。(2)多组分玻璃光纤：双坩埚法或三坩埚法制作。(3)塑料光纤：成本低，损耗大。,52,8.2光纤耦合技术,耦合包括：光纤与光源、光纤与接收器、光纤与光纤之间直接或间接的相互连接。光纤和光源的耦合半导体激光器和光纤的耦合直接耦合：端面已处理的光纤直接对向激光器的发光面。透镜耦合：大大提高耦合效率。半导体发光二极管和光纤的耦合。,53,2.光纤和光纤的直接耦合固定连接：光纤熔接优点：插入损耗小，稳定性好缺点：不灵活和不方便调试活动连接：利用光纤连接器和法兰盘3.多模光纤之间的直接耦合两光纤直接对接时由于轴偏离、轴倾斜等对耦合损耗的影响。多模光纤通过透镜耦合多模光纤之间的耦合：端面光功率分布视为高斯分布。,54,光纤耦合器,定义：连接3个或者更多的连接点。将输入信号分成两路或更多路输出；将两路或更多路输入合并成一路输出；光信号在每条支路中的分配比例可以相同也可以不同。耦合器的分光比在某种程度上依赖于所传输的光的波长。光纤耦合器的使用选择：输入端口和输出端口的数量；信号的衰减和分束光传输的方向性和光纤类型偏振敏感或偏振相关损耗。,55,56,光纤位移测量,被测物体发生位移时，其直接或间接反射的光进入接收光纤的光量随反射面相对光纤端面的位移而变化。,反射式光纤位移传感器,反射式光纤位移传感器,57,遮挡式强度调制型光纤位移传感器,用被测对象遮挡一部分光，出射光纤中的强度随被遮挡面积的多少而变化，是被测位移的函数。系统组成：带准直透镜的固定光纤，受位移控制的可动光栅，和接收光纤组成。其结构如图示。两根光纤的端面之间相隔一个微小的间隙，间隙中放置一对光栅，光栅由等宽的全透射和全反射平行线交替的栅格构成，当两个光栅发生相对位移时，光的透射强度就发生变化，通过测量透射强度的变化就可以得到移动光栅的位移量大小。,58,基于光弹效应的强度调制型光纤位移传感器,利用光弹材料在外界应力作用下对入射光呈现双折射而引入的相位差，可以测量压力的大小，进而可得到与压力相应的位移量。如图示信号光源发出的光由入射光纤经过起偏器射入透明光弹材料中，加在光弹材料上的压力使其发生双折射，从而产生调制，被调制后的光信号经过检偏器后再由接收光纤接收，送至光电探测器，感应位移信息。,59,二、光相位调制型光纤传感器,通过被测能量场的作用，使光纤内传播的光波相位发生变化，再用干涉测量技术把相位变化转换为光强变化，从而检测出待测的物理量。能够影响光纤长度、折射率和内部应力的被测量都会引起相位变化，如应力、应变、温度和磁场等外界物理量。相位调制技术采用干涉的方法，皆有参考光和测量光。,常用的干涉仪有四种：迈克尔逊、马赫-琴特（Mach-Zehnder）、萨古纳克、法布里-珀罗（Fabry-perot）。,60,系统测量原理在光纤干涉仪中以一个或两个定向光束耦合器取代了通常干涉仪中的分束器，光纤光程代替了空气光程，它能按一定比例将光束由一束光纤耦合到另一束光纤中，以实现光束分束和合成。由于光路的闭合避免了空气的扰动，而且不受结构空间的限制，可以组成km数量级的干涉仪，有利于提高测量的稳定性。当波长为的光入射到长度为L的光纤时，若以其入射面为基准，则出射光的相位为：纤芯折射率n和光纤长度L的变化都会引起相位的变化。组成：由光源，光纤敏感头，光纤干涉仪及光探测器和相位检测等单元组成。,二、相位调制型光纤传感器,61,二、相位调制型光纤传感器,利用干涉技术检测相位变化。常用有迈克尔逊干涉仪和马赫-泽德干涉仪。,迈克尔逊光纤干涉仪,马赫-泽德光纤干涉仪,62,在电流产生的磁场作用下，处在磁场中的光纤会使其中传播的光发生偏振面的旋转，其旋转角度与磁场沿n圈光纤的线积分成正比n确定后，旋光角度与导体中的电流I成正比,四、光纤电流测量技术,63,四、光纤电流测量技术,光纤电流传感器,偏振光偏振面旋转的角度与磁场的关系：,从激光器发出的偏振光进入单模光纤中，单模光纤绕大电流（电流为I）导体n圈，在电流产生的磁场作用下，处在磁场（设磁场强度为H）中的光纤会使其中传播的光发生偏振面的旋转，其旋转角度与磁场沿n圈光纤的线积分成正比。,法拉第效应单模光纤型,64,出射光经沃拉斯特棱镜将光束分成振动方向互相垂直的两束偏振光，将它们分别送入两个光电接收器，设接收光信号强度分别为IV1、IV2。将IV1、IV2之差和它们的和进行标准化，便得到一个与旋光角度成正比的参数,求出流过导线的电流I，由于进行了标准化处理，测量结果不受绝对光强、激光器漂移、光纤衰减的影响。,法拉第效应单模光纤型,优点：量程大、灵敏度高，并且输出与输入端实现电绝缘。,65,7.3分布式光纤传感器,许多场参数需要测试，且需要在多点布置传感器分布式光纤传感器是将传感光纤沿场排布，并采用独特的探测技术，对沿光纤传输路径上场的空间分布和随时间变化的信息进行测量或监控。这类传感器只需一个光源和一条探测线路，集传感与传输于一体，可实现对庞大和重要结构的远距离测量或监控。,66,9.2机器视觉构成,1.机器视觉系统的一般构成,视觉传感器：计算机视觉系统信息的直接来源。组成：一个或两个图像传感器、光投射器以及其它辅助设备。功能：获取足够的计算机视觉系统要处理的最原始图像。图像传感器：可以是激光扫描器、线阵和面阵CCD摄像机光投射器：可以为普通照明光源、半导体激光器或者红外激光器等，参与形成被分析的物体图像的特征。其它辅助设备：包括传感器提供电源和控制接口等功能。,67,9.2机器视觉构成,1.机器视觉系统的一般构成,高速图像采集系统功能：将视觉传感器获取的模拟视频信号转换为数字图像信号，并将图像直接传送给计算机进行显示和处理，或者将数字图像传送给专用图像处理系统进行视觉信号的实时前端处理。,68,9.2机器视觉构成,1.机器视觉系统的一般构成,专用图像处理系统：即计算机的辅助处理器，采用专用集成芯片（ASIC）、数字信号处理器（DSP）或者FPGA等设计的全硬件处理器。功能：实时高速完成各种低级图像处理算法，减轻计算机的处理负荷提高整个视觉系统的速度。（可选）,计算机：是机器视觉系统的核心。功能：控制整个系统各个模块的正常运行，视觉系统的最后结果运算和输出。,69,摄像机模型是光学成像几何关系的简化，最简单的模型为线性模型，或称针孔成像模型。1.坐标系转换图像坐标系、摄像机坐标系、世界坐标系图像在计算机中是以矩阵的形式存储，矩阵的每个元对应的是图像中该点的亮度值。（1）图像坐标系：以像素为单位的图像坐标系（计算机内存或屏幕）以毫米为单位的图像坐标系（摄像机CCD感光面）,9.4摄像机模型,70,图像坐标系,屏幕的左上角定义为像素图像坐标系的原点，水平向左为u轴正向，竖直向下为v轴正向。以毫米为单位的图像坐标系以图像内的某一点O1为坐标原点，X轴平行且同向于u轴，Y平行且同向于v轴。若O1点的像素坐标为（u0,v0）,且每个CCD感光元在X方向和Y方向的物理尺寸分别为dX和dY，则两种图像坐标系之间的点的坐标转换关系为：,71,用齐次坐标描述为：,或：,如何实现两个图像坐标之间的转换？,已知dX，dY，U0，V0,72,（2）摄像机坐标系和世界坐标系,Oc点称为摄像机光心，xc轴和yc轴与图像平面的X轴与Y轴平行，zc轴为摄像机光轴，与图像平面垂直。光轴与图像平面的交点O1，为图像坐标系的原点。Ocxcyczc称为摄像机坐标系。OcO1为摄像机焦距。摄像机在空间中的位置可选择一个基准坐标系来描述摄像机，定义为Owxwywzw成为世界坐标系。,73,Ocxcyczc与Owxwywzw之间是三维刚体变换关系，可描述如下：,R称为旋转矩阵维数33，是正交矩阵，t为31平移矩阵，R和t也称为摄像机模型的外部参数。,如何实现两个三维空间坐标之间的转换？,74,基于针孔成像模型（透视投影变换）,9.4摄像机模型,（3）摄像机坐标系和图像坐标系,f:有效焦距；光轴：zc轴；O1：光轴与像平面的交点,O1(0,0,f)Oc:摄像机透视投影中心,Oc(0,0,0)Oc-xcyczc:摄像机坐标系O1XY:摄像机像平面坐标系,X轴平行于xc轴，Y轴平行于yc轴P：空间三维点，P(xc,yc,zc)p：对应的像点p(X,Y,f),75,摄像机的透视投影模型：,进一步可用矩阵表示为：,76,讨论,若已知点在空间的三维坐标（xc,yc,zc）,则唯一确定其对应的像平面