第二章--影像获取技术-CCD-CMOS0

1、2.1 数字图像传感器数字图像传感器nCCDnCMOS第第2 2章章 数字影像获取数字影像获取2.1数字图像传感器数字图像传感器n成像器件：成像器件： CCD；CMOSl图像信息分类方式图像信息分类方式1、图像的色、图像的色彩彩信息信息 2、图像的灰度（亮度）信息、图像的灰度（亮度）信息 3、图像的尺寸信息、图像的尺寸信息 4、图像的图形信息、图像的图形信息5、图像的综合信息、图像的综合信息2.1.1 光电耦合器件光电耦合器件-CCD-CCDnCCD是一种电荷耦合器件是一种电荷耦合器件(Charge Coupled Device)n贝尔实验室的贝尔实验室的W. S. Boyle，G. E. S

2、mith在探在探索磁泡器件的电模拟工作中，索磁泡器件的电模拟工作中，于于1969年秋构年秋构思了电荷耦合器件的原理。思了电荷耦合器件的原理。nCCD的突出特点：是以的突出特点：是以电荷电荷作为信号，而不同作为信号，而不同于其它大多数器件是以电流或者电压为信号。于其它大多数器件是以电流或者电压为信号。nCCD的基本功能是的基本功能是电荷的存储和电荷的转移电荷的存储和电荷的转移。nCCD工作过程的主要问题是信号电荷的产生、工作过程的主要问题是信号电荷的产生、存储、传输和检测。存储、传输和检测。n紧密排列在半导体绝缘表面上的电容器可用来存紧密排列在半导体绝缘表面上的电容器可用来存储和转移电荷，按适当

3、的次序对这些电极加上脉储和转移电荷，按适当的次序对这些电极加上脉冲，它们就会产生携带一包一包少数载流子的运冲，它们就会产生携带一包一包少数载流子的运动势阱。动势阱。n他们首先提出的一种器件结构是采用相同的电极他们首先提出的一种器件结构是采用相同的电极和三相时钟系统，为隔离各个电荷包，最少需要和三相时钟系统，为隔离各个电荷包，最少需要三相时钟三相时钟 。电荷耦合器件的结构CCD上感光组件的表面具有储存电荷的能力，并以矩阵上感光组件的表面具有储存电荷的能力，并以矩阵的方式排列的方式排列(如图如图)。n电荷耦合器件（电荷耦合器件（CCD）是由一系列排得很是由一系列排得很紧密的紧密的MOS电容器组成。

4、电容器组成。nCCD的特点的特点以电荷作为信号以电荷作为信号nCCD的基本功能的基本功能电荷存储和电荷转移电荷存储和电荷转移 nCCD工作过程工作过程信号电荷的产生、存储、传输信号电荷的产生、存储、传输和检测和检测电荷耦合器件的基本原理n电荷存储电荷存储n电荷转移电荷转移n电荷检测电荷检测n电荷注入电荷注入电荷存储 n构成构成CCD的基本单元是的基本单元是MOS(金属金属-氧化物氧化物-半导体半导体)电容器电容器 n电荷耦合器件工作在深度耗尽状态电荷耦合器件工作在深度耗尽状态 n在栅极加正偏压之前，在栅极加正偏压之前，P型半导体中的空穴（多子）的分型半导体中的空穴（多子）的分布是均匀的。布是均

5、匀的。n加正偏压后，空穴被排斥而产生耗尽区，偏压增加，耗尽加正偏压后，空穴被排斥而产生耗尽区，偏压增加，耗尽区向内延伸。区向内延伸。n当当UG Uth时，半导体与绝缘体界面上的电势变得非常高，时，半导体与绝缘体界面上的电势变得非常高，以致于将半导体内的电子以致于将半导体内的电子(少子少子)吸引到表面，形成一层极吸引到表面，形成一层极薄但电荷浓度很高的反型层。薄但电荷浓度很高的反型层。n反型层电荷的存在表明了反型层电荷的存在表明了MOS结构存储电荷的功能。结构存储电荷的功能。电荷存储电荷存储电荷转移 电荷的转移（耦合）电荷的转移（耦合）n第一个电极保持第一个电极保持10V，第二个电极上的电压由，

6、第二个电极上的电压由2V变到变到10V，因这两个电极靠得很紧，因这两个电极靠得很紧(间隔只有几微间隔只有几微米米)，它们各自的对应势阱将合并在一起。原来在，它们各自的对应势阱将合并在一起。原来在第一个电极下的电荷变为这两个电极下势阱所共第一个电极下的电荷变为这两个电极下势阱所共有。有。n若此后第一个电极电压由若此后第一个电极电压由10V变为变为2V，第二个电，第二个电极电压仍为极电压仍为10V，则共有的电荷转移到第二个电极，则共有的电荷转移到第二个电极下的势阱中。这样，深势阱及电荷包向右移动了下的势阱中。这样，深势阱及电荷包向右移动了一个位置。一个位置。nCCD电极间隙必须很小，电荷才能不受阻

7、碍地自电极间隙必须很小，电荷才能不受阻碍地自一个电极转移到相邻电极。对绝大多数一个电极转移到相邻电极。对绝大多数CCD，1m的间隙长度是足够了。的间隙长度是足够了。电荷检测n以浮置扩散（FDA）输出为例 FDA读出电路读出电路电荷注入n电荷注入分为两类：电注入和光注入。电荷注入分为两类：电注入和光注入。n电注入方式：将信号电压转换为势阱中等效的电荷包。电注入方式：将信号电压转换为势阱中等效的电荷包。n光注入方式：摄像器件采取的唯一注入方法。光注入方式：摄像器件采取的唯一注入方法。 当光照射到光敏面上时，在栅极附近的体内产生电当光照射到光敏面上时，在栅极附近的体内产生电子子空穴对，其多数载流子被

8、栅极电压排开，少数载空穴对，其多数载流子被栅极电压排开，少数载流子则被其收集到势阱中形成信号电荷。流子则被其收集到势阱中形成信号电荷。U+U+势垒P-Si背面照射式光注入（2）IDuINuIDN+IG1232P2电荷耦合器件n电荷耦合器件的组成：输入部分、电荷电荷耦合器件的组成：输入部分、电荷转移部分和信号输出部分。转移部分和信号输出部分。输入二极管CCD的特点n体积小，功耗低，可靠性高，寿命长。体积小，功耗低，可靠性高，寿命长。n空间分辨率高，可获得很高的定位和测量精度。空间分辨率高，可获得很高的定位和测量精度。n光电灵敏度高，动态范围大，信噪比高光电灵敏度高，动态范围大，信噪比高 。n高速

9、扫描，基本上不保留残象高速扫描，基本上不保留残象(电子束摄象管有电子束摄象管有1520的残象的残象)n集成度高集成度高n可用于非接触精密尺寸测量系统。可用于非接触精密尺寸测量系统。n无像元烧伤、扭曲，不受电磁干扰。无像元烧伤、扭曲，不受电磁干扰。n有数字扫描能力。象元的位置可由数字代码确定，便有数字扫描能力。象元的位置可由数字代码确定，便于与计算机结合接口。于与计算机结合接口。电荷耦合摄像器件的类型电荷耦合摄像器件的类型 n按结构可分为线阵按结构可分为线阵CCD和面阵和面阵CCD n按光谱可分为可见光按光谱可分为可见光CCD、红外、红外CCD、X光光CCD和紫外和紫外CCD n可见光可见光CC

10、D又可分为黑白又可分为黑白CCD、彩色、彩色CCD和和微光微光CCD 的类型n线阵线阵：光敏元排列为一行的称为线阵，象：光敏元排列为一行的称为线阵，象元数从元数从128位至位至5000位以至位以至7000位不等，由于生位不等，由于生产厂家象元数的不同，市场上有数十种型号的器产厂家象元数的不同，市场上有数十种型号的器件可供选用。件可供选用。n面阵面阵CCD：器件象元排列为一平面，它包含若干：器件象元排列为一平面，它包含若干行和列的结合。行和列的结合。n目前达到实用阶段的象元数由目前达到实用阶段的象元数由25万至数百万个不万至数百万个不等，按照片子的尺寸不同有等，按照片子的尺寸不同有13英寸、英寸

11、、l2英寸、英寸、23英寸以至英寸以至1英寸之分。英寸之分。线阵线阵CCD：一行，扫描；：一行，扫描；体积小，价格低；体积小，价格低；面面阵阵CCD: 整幅图像；直观；价格高，体积大；整幅图像；直观；价格高，体积大；面阵面阵CCDCCD芯片芯片n线阵CCD：可分为双沟道传输与单沟道传输两种结构 面阵CCD n常见的面阵CCD摄像器件有两种： n行间转移结构与帧转移结构MOS电容器组成的光敏元及数据面的显微照片电容器组成的光敏元及数据面的显微照片CCD光敏元显微照片光敏元显微照片 彩色彩色CCD显微照片（放大显微照片（放大7000倍）倍）3.3、CCD图象传感器的应用图象传感器的应用 CCD的七

12、个应用领域的七个应用领域 ).小型化黑白、彩色TV摄像机 (面阵CCD应用最广泛的领域。 )2).传真通讯系统 用10242048像元的线阵CCD作传真机，可在不到一秒钟内完成A4开稿件的扫描。 3).光学字符识别 代替人眼，把字符变成电信号，进行数字化，然后用计算机识别。 4). 广播TV 5). 工业检测与自动控制 这是CCD应用量很大的一个领域，统称机器视觉应用。 a. 在钢铁、木材、纺织、粮食、医药、机械等领域作零件尺寸的动态检测，产品质量、包装、形状识别、表面缺陷或粗糙度检测。b. 在自动控制方面，主要作计算机获取被控信息的手段。 c. 还可作机器人视觉传感器。 6).可用于各种标本

13、分析（如血细胞分析仪），眼球运动检测，X射线摄像，胃镜、肠镜摄像等。 a. 天文摄像观测b. 从卫星遥感地面 如：美国用5个2048位CCD拼接成10240位长取代125mm宽侦察胶卷，作地球卫星传感器。c. 航空遥感、卫星侦察 如：1985年欧洲空间局首次在SPOT卫星上使用大型线阵CCD扫描，地面分辨率提高到10m。 还在军事上应用：微光夜视、导弹制导、目标跟踪、军用图象通信等。 7). 天文观测He-Ne信号读出信号处理时 钟 发 生 控制器计数显示器透镜细丝线阵CCDL、微小尺寸的检测微小尺寸的检测（10500um）用衍射的方法对细丝、狭缝、微小位移、微小孔等用衍射的方法对细丝、狭缝、

14、微小位移、微小孔等进行测量。进行测量。 根据夫琅和费衍射公式根据夫琅和费衍射公式 :kdsinsin/kd 可以得到：可以得到：例：尺寸测量例：尺寸测量d细丝直径；K衍射暗纹级次K=1,2,3；激光波长； L被测细丝到CCD光敏面的距离； 被测细丝到第K级暗纹的连线，与光线主轴的夹角； xk第K级暗纹到光轴的距离。 3012XkSdL当很小时（即L足够大时）Sintg= xk/L 代入 sin/kd sLkxLxLkdkk/得到：S暗纹宽度，S=XK/K是相等的，则测细丝直径d转化为用CCD测S SSLLSSLd2误差分析由于激光波长误差很小可忽略不计，则 例：He-Ne激光632.8nm,

15、L=1000mm0.5mm, d=500m, )(265. 1mmdLs当CCD像元选用131mms10SSLLSd2测量误差：测量误差：umSSLLSd2 . 42丝越细，测量精度越高（丝越细，测量精度越高（d越小越小S越大），甚至可达到越大），甚至可达到d=10-2m. S的测量方法的测量方法 S=nspVn图象传感器图象传感器(IS)(IS)输出的视频信输出的视频信号经放大器号经放大器A放大，再经峰值保放大，再经峰值保持电路持电路PH和采样保持电路和采样保持电路S/H处理，变成箱形波，送到处理，变成箱形波，送到A/D转转换器进行逐位换器进行逐位A/DA/D转换，最后读转换，最后读入计算机

16、内进行数据处理。判入计算机内进行数据处理。判断并确定两暗纹之间的像元数断并确定两暗纹之间的像元数n ns s，则暗纹宽度则暗纹宽度S=nS=ns sp (pp (p为图象传为图象传感器的像元中心距感器的像元中心距) )，代入，代入可以得到可以得到. . sLd2. （小）尺寸测量（小）尺寸测量 投影法、成像法投影法、成像法 驱动器 A/D DSP 显示 CCD传感器 成像 系统 被测目标 图利用投影(上)或成像(下)进行测量的结构 驱动器 A/D DSP 显示 CCD 传感器 被测目标 平行光源 (a)投影方式 (b)成像方式 双双CCD测量法测量法 驱动器 A/D DSP 显示 驱动器 A/

17、D CCD传感器 成像 系统 成像 系统 CCD传感器 被测目标 L1 L2 LT 荧光灯 荧光灯 图 9 在线检测平板长度的系统结构 Fig.9 System structure of measureing plates on-line L=LT-L1-L2光电信号的二值化及其应用光电信号的二值化及其应用 光源待测工件成像系统CCD光强分布曲线二值化以后的分布曲线二值化图1 二值化在尺寸智能测量中的应用显示 从图像传感器从图像传感器( (面阵或线阵面阵或线阵) )得到的视频信号是一个模拟信号，其中每一得到的视频信号是一个模拟信号，其中每一个像元对应的信号大小都反映了该像元上光强的大小，它可以

18、是连续变化的。个像元对应的信号大小都反映了该像元上光强的大小，它可以是连续变化的。但在文字识别、图形识别、物体尺寸、位移、速度的测量等应用中，我们关但在文字识别、图形识别、物体尺寸、位移、速度的测量等应用中，我们关心的只是对象的轮廓或边沿信息，比如在测量矩形工件尺寸时，我们只需要心的只是对象的轮廓或边沿信息，比如在测量矩形工件尺寸时，我们只需要知道两个端面所在位置就行了，这是为了便于计算机对数据进行存储、处理知道两个端面所在位置就行了，这是为了便于计算机对数据进行存储、处理和辨认，人们常常将信号二值化。和辨认，人们常常将信号二值化。 光源待测工件成像系统CCD光强分布曲线二值化以后的分布曲线二

19、值化图1 二值化在尺寸智能测量中的应用显示二值化在尺寸智能测量中的应用二值化在尺寸智能测量中的应用 / LL 如果能够测出如果能够测出CCDCCD上像的大小上像的大小L L ，则物体的实际尺寸，则物体的实际尺寸L L为：为： -光学系统的放大倍数光学系统的放大倍数 值可通过对已知尺寸的标准工件测量得出，对于简单的光学系统，也可通过值可通过对已知尺寸的标准工件测量得出，对于简单的光学系统，也可通过光学成像系统和光路结构中的参数进行计算得出。光学成像系统和光路结构中的参数进行计算得出。 影响工件像边沿质量的因素：光学系统、影响工件像边沿质量的因素：光学系统、CCDCCD器件都有一定的调制传递函数；

20、器件都有一定的调制传递函数；光源、工件边沿并非都是理想的；噪声、环境起伏、光源、工件边沿并非都是理想的；噪声、环境起伏、CCDCCD窗口等因素的影响。窗口等因素的影响。 阈值阈值 二值化处理二值化处理 dNLN N是二值化后值为是二值化后值为1 1的像素的个数，的像素的个数，d d是单个像素所占的尺寸大小是单个像素所占的尺寸大小 光电信号的二值化及其应用光电信号的二值化及其应用 二值化的好处二值化的好处 二值化的实现方法二值化的实现方法 1. 1. 应用软件二值化：即二值化是在系统的最后一个环节应用软件二值化：即二值化是在系统的最后一个环节应用软件应用软件中完成的，这种方法是利用应用软件确定阈

21、值、判断并二值化，优点是方便中完成的，这种方法是利用应用软件确定阈值、判断并二值化，优点是方便灵活，缺点是在要求极高的实际应用中，软件处理会使系统整体性能下降；灵活，缺点是在要求极高的实际应用中，软件处理会使系统整体性能下降； 2. 2. 硬件二值化：视频信号在硬件二值化：视频信号在A/DA/D转换前，首先通过一个比较器，与另一转换前，首先通过一个比较器，与另一个可调的作为阈值的电平信号比较，如果大就输出高电平个可调的作为阈值的电平信号比较，如果大就输出高电平(2.5V)(2.5V)，如果小就，如果小就输出低电平输出低电平(0V)(0V)，这种方法速度快，但不如软件二值化的方便。，这种方法速度

22、快，但不如软件二值化的方便。 3. 3. 利用单片机进行二值化：这种方法是在视频信号进行利用单片机进行二值化：这种方法是在视频信号进行A/DA/D转换并存储转换并存储到存储器后，利用单片机读取存储器中的数据并逐个与阈值比较来实现二值到存储器后，利用单片机读取存储器中的数据并逐个与阈值比较来实现二值化，这种方法可以充分利用单片机的资源而不影响应用程序进行后续处理的化，这种方法可以充分利用单片机的资源而不影响应用程序进行后续处理的速度，当然必须保证单片机有可以利用的资源。速度，当然必须保证单片机有可以利用的资源。 使计算机可以通过简单的运算就可得到所需要的数据，还使每次测量都使计算机可以通过简单的

23、运算就可得到所需要的数据，还使每次测量都保持一个统一的保准从而排除主观因素的影响，最后二值化后的数据量小，保持一个统一的保准从而排除主观因素的影响，最后二值化后的数据量小，在图像识别等数据量大的情况下可以显著减小存储器的大小，并且更易于进在图像识别等数据量大的情况下可以显著减小存储器的大小，并且更易于进一步的数据处理。一步的数据处理。 光电信号的二值化及其应用光电信号的二值化及其应用 3. 角度、位移、速度测量角度、位移、速度测量利用利用CCDCCD进行角度测量进行角度测量 角度测量方法：角度测量方法： (1). (1). 利用两个利用两个CCDCCD实时测量角度；实时测量角度； (2). (

24、2). 利用单个利用单个CCDCCD测量角度。测量角度。 (3). (3). 利用泰伯效应测量角度。利用泰伯效应测量角度。(1). (1). 利用两个利用两个CCDCCD实时测量角度实时测量角度 驱动驱动hd二通道A/D转换器数据采集计算机图1 利用两个CCD完成角度智能检测的系统框图被测对象CCD1CCD2系统结构系统结构测量方法测量方法CCD1输出信号CCD2输出信号VO-信号强度像元位置nCCD1输出信号CCD2输出信号VO-信号强度像元位置n二值化阈值Vth阈值Vth阈值Vth阈值Vthn1n2n3n4图2 两个CCD的输出信号及二值化后的结果假设假设CCDCCD像元的中心距为像元的中

25、心距为w w，由图易知，两个由图易知，两个CCDCCD凹处凹处中心的距离中心的距离d d为为 w2nnnnd1234物体的倾角物体的倾角 满足：满足： hdtg3. 角度、位移、速度测量角度、位移、速度测量利用利用CCDCCD进行角度测量进行角度测量 (2). (2). 利用泰伯效应测量角度利用泰伯效应测量角度3. 角度、位移、速度测量角度、位移、速度测量利用利用CCDCCD进行角度测量进行角度测量 激光器光强衰减器扩束镜准直镜光栅1光栅2CCDA/D单片机计算机光 具 座可垂直升降的滑座驱动器dm *ddmNP3. 振动测量振动测量光源振动物体成像系统CCD数据采集计算机图1 实验光路的布置

26、与系统的连接A/D转换驱动CCD1输出信号VO-信号强度像元位置nCCD1输出信号VO-信号强度像元位置n二值化阈值Vthn1n2图2 CCD输出信号及二值化结果n0中间位置阈值Vth系统结构系统结构测量方法测量方法2nnn210振动周期振动周期 振动振幅振动振幅 振动频率振动频率 122xxT221yyATf13. 振动测量振动测量图3 振动曲线4. 距离测量与激光三角法距离测量与激光三角法 激光三角法激光三角法由于其具有非接触、不易损伤表面、材料适应性广、结构简由于其具有非接触、不易损伤表面、材料适应性广、结构简单、测量距离大、抗干扰、测量点小、测量准确度高、可用于实时在线快速单、测量距离

27、大、抗干扰、测量点小、测量准确度高、可用于实时在线快速测量等特点测量等特点, , 在几何量测量领域中得到广泛的应用。在几何量测量领域中得到广泛的应用。 激光三角法光路按入射光线与被测工件表面法线的关系分为激光三角法光路按入射光线与被测工件表面法线的关系分为直射式直射式和和斜射式斜射式。4. 距离测量与激光三角法距离测量与激光三角法21lDl sinlDl21 被测物面的入射光束与光敏面平行被测物面的入射光束与光敏面平行, , 并垂直于成像透镜光轴并垂直于成像透镜光轴, , 被测点的位移被测点的位移与光电探测器上光斑的位移为线性关系与光电探测器上光斑的位移为线性关系, , 可用于测量相对或绝对位

28、移。但其光敏可用于测量相对或绝对位移。但其光敏面要求很大面要求很大, , 而且被测点在成像面的像而且被测点在成像面的像并不清晰并不清晰, , 因此测量精确度不高。因此测量精确度不高。 准确调焦位置只有一个准确调焦位置只有一个, , 其余位置其余位置的像都处于不同程度的离焦状态的像都处于不同程度的离焦状态, , 从而从而也降低了系统的测量精度。也降低了系统的测量精度。4. 距离测量与激光三角法距离测量与激光三角法sinlDsinsinlD21 对于高精度要求的场合对于高精度要求的场合, , 一般将光一般将光电探测器的光敏面与成像透镜成电探测器的光敏面与成像透镜成 角角。光电探测器平面与成像透镜光

29、轴的夹角光电探测器平面与成像透镜光轴的夹角和激光束与成像透镜光轴的夹角满足斯和激光束与成像透镜光轴的夹角满足斯凯普夫拉格条件凯普夫拉格条件( ( 成像面、物面和透镜成像面、物面和透镜主面必须相交于同一直线主面必须相交于同一直线) )时时, ,tanffltan24. 距离测量与激光三角法距离测量与激光三角法 直射式激光三角法由于其接收散射光的特点直射式激光三角法由于其接收散射光的特点, , 适合于测量散射性能好的适合于测量散射性能好的表面表面, , 否则可能由于光线大多被反射而存在测量盲区。否则可能由于光线大多被反射而存在测量盲区。 与直射式相比与直射式相比, , 斜射式可接收来自被测物体的正

30、反射光斜射式可接收来自被测物体的正反射光, , 比较适合测量比较适合测量表面接近镜面的物体表面接近镜面的物体, ,而直射式由于其接收散射光的特点而直射式由于其接收散射光的特点, , 适合于测量散射性适合于测量散射性能好的表面能好的表面, , 否则可能由于光线大多被反射而存在测量盲区否则可能由于光线大多被反射而存在测量盲区; ; 斜射式入射光斜射式入射光光点是照射在物体的不同点上光点是照射在物体的不同点上, , 无法直接得到被测物体某点的位移情况无法直接得到被测物体某点的位移情况, , 而而直射式可以直射式可以; ; 斜射式分辨率高于直射式斜射式分辨率高于直射式, , 但测量范围较小、体积较大、

31、光斑但测量范围较小、体积较大、光斑较大较大, , 而直射式光斑小而直射式光斑小, , 光强集中光强集中, , 体积小。因此体积小。因此, , 可针对直射式与斜射式可针对直射式与斜射式各自的优缺点各自的优缺点, , 应用在不同的场合。应用在不同的场合。1221211cossinlDsinsinlD4. 距离测量与激光三角法距离测量与激光三角法像偏移法测距原理像偏移法测距原理sinzAAsinAz0像点偏移量的检测器件：像点偏移量的检测器件：CCDCCD图像传感器图像传感器 空间分辨率取决于像元尺寸；空间分辨率取决于像元尺寸； 温飘小，工作稳定；温飘小，工作稳定； 需要扫描驱动电路；需要扫描驱动电

32、路； 背景光的调制作用会引起干扰信号背景光的调制作用会引起干扰信号 测量速度由扫描速度决定测量速度由扫描速度决定半导体位置检测器半导体位置检测器(PSD)(PSD) 分辨率受入射光功率的影响分辨率受入射光功率的影响 响应速度快响应速度快 背景光的调制作用不会引起干扰信号背景光的调制作用不会引起干扰信号 信号电路简单信号电路简单sinlDl214. 距离测量与激光三角法距离测量与激光三角法5. 光谱分析光谱分析CCDCCD在光栅光谱仪中的应用在光栅光谱仪中的应用CCDCCD在成像光谱仪中的应用在成像光谱仪中的应用5. 光谱分析光谱分析6. 干涉计量干涉计量迈克尔逊干涉迈克尔逊干涉牛顿环牛顿环激光散斑激光散斑图43-1迈克尔逊干涉仪的基本光路光纵叉丝横叉丝光R-eDre作业：画出线阵CCD测量微小物体的原理图，并分