机器视觉系统之相机篇学习教案

1、会计学1机器视觉机器视觉(shju)系统之相机篇系统之相机篇第一页，共52页。按输出按输出(shch)(shch)图像信号格式划分图像信号格式划分模拟摄像机模拟摄像机PALPAL（黑白为（黑白为CCIRCCIR） NTSCNTSC（黑白为（黑白为EIAEIA） 数字摄像机数字摄像机IEEE1394IEEE1394USB2.0USB2.0Camera LinkCamera LinkGigE GigE 第1页/共51页第二页，共52页。按像素排列方式划分按像素排列方式划分面阵摄像机面阵摄像机黑白摄像机黑白摄像机Bayer彩色彩色(cis)相机相机3CCD彩色彩色(cis)相机（分光棱镜）相机（分光

2、棱镜）线阵摄像机线阵摄像机黑白摄像机黑白摄像机3Line彩色彩色(cis)摄像机摄像机3CCD彩色彩色(cis)摄像机（分光棱镜）摄像机（分光棱镜）第2页/共51页第三页，共52页。靶面尺寸靶面尺寸1 2/31/1.81/21/31/4宽宽x x高高(mm)(mm)12.8x9.68.8x6.67.18x5.326.4x4.84.8x3.63.6x2.7VGA SVGAXGASXGAUXGA分辨率分辨率659x494782x5821034x7791392x10401628x1236第3页/共51页第四页，共52页。第4页/共51页第五页，共52页。Output(Amplifier)Serial

3、 readout register优点：填充因子(fill factor)可以达到非常高，甚至达到100%。这样Sensor灵敏度非常大。缺点：由于传输和读出使用(shyng)的时钟相同，因此Sensor上面的部分曝光时间比下面的长，这会造成Smear现象。为了解决这个问题，必须使用(shyng)机械快门或闪光灯。第5页/共51页第六页，共52页。优点：在曝光时间较长的情况下，Smear现象比Full Frame Array Sensor小很多缺点(qudin)：由于需要两个Sensor，因此成本非常高Light sensitiveCCD-sensorShieldedmemory areaRe

4、adout register.第6页/共51页第七页，共52页。转移时间约为1us，因此完全不存在Smear现象(xinxing)。优点：由于转移时间非常短，因此不需要使用机械快门或闪光灯缺点：由于屏蔽区占用了Sensor的部分面积，因此使得此种传感器填充因子只能在20%70%添加微镜头可以增加填充因子Horizontal shift registersvertical shift registerShielded(Photo diodes)Sensor elementsOutput(Amplifier)第7页/共51页第八页，共52页。Overflow Drain主要用来消除CCD Sens

5、or的Blooming现象(xinxing)，它也被用来实现电子快门通过Micro Lenses可以将传感器的填充因子提高。第8页/共51页第九页，共52页。第9页/共51页第十页，共52页。CCDCCDCMOSCMOS优1.图像质量高2.灵敏度高3.对比度高1.体积小2.片上数字化3.很多片上处理功能4.低功耗5.没有Blooming现象6.直接访问单个像素7.高动态范围（120dB）8.帧率可以更高劣1.Blooming2.不能直接访问每个像素3.没有片上处理功能1.一致性较差2.光灵敏度差3.噪声大第10页/共51页第十一页，共52页。隔行扫描逐行扫描第11页/共51页第十二页，共52页

6、。行曝光(bo gung)帧曝光(bo gung)第12页/共51页第十三页，共52页。第13页/共51页第十四页，共52页。第14页/共51页第十五页，共52页。第15页/共51页第十六页，共52页。 Usb2.0 IEEE 1394 CameraLink GigE第16页/共51页第十七页，共52页。标准标准发布日期发布日期 传输速率传输速率应用应用Usb1.01996年1.5MbpsNOUsb1.11998年12MbpsUsb鼠标、键盘、家用扫描仪、一些网络摄像机等Usb2.0High-speed2000年480Mbps80的带宽用于图像传输，约38MBUsb3.0Super-peed2

7、008.084.8GbpsNO第17页/共51页第十八页，共52页。 USB2.0带宽：480 Mbit/s 支持热插拔 使用便捷(binji) 相机可通过USB线缆供电第18页/共51页第十九页，共52页。等时(isochronous)传输方式。提供了确定的带宽和间隔时间，在传送数据发生错误时，USB并不处理这些错误，而是继续传送新的数据；中断(interrupt)传输方式。传输数据量小，以达到实时效果；控制(control)传输方式。双向传输，数据量也比较小；批(bulk)传输方式。该方式用来传输要求正确无误的数据；在这4种数据传输方式中，除等时传输方式外，其他3种方式在数据传输发生错误时

8、，都会试图(sht)重新发送数据以保证其准确性。第19页/共51页第二十页，共52页。USB2.0，单根5m，加中继可达30m第20页/共51页第二十一页，共52页。 没有标准协议 主从(Master-salve)结构，CPU占用率高 带宽(di kun)没有保证第21页/共51页第二十二页，共52页。第22页/共51页第二十三页，共52页。标准标准发布日期发布日期传输速率传输速率特点及应用特点及应用1394aIEEE 1394 - 1995IEEE 1394 - 2000400Mbps主要应用于视频传输领域；传输距离4.5m，单根线缆最长可达到17.5m，加中继可达70m，光纤传输则可达10

9、0m有标准DCAM协议, CPU占用低1394bIEEE 1394 -2002800Mbps1394cIEEE 1394 -2006IEEE 1394 -2008800Mbps3.2Gbps第23页/共51页第二十四页，共52页。第24页/共51页第二十五页，共52页。第25页/共51页第二十六页，共52页。IEEE1394总线(zn xin)特征第26页/共51页第二十七页，共52页。IEEE1394总线(zn xin)特征第27页/共51页第二十八页，共52页。IEEE1394传输(chun sh)距离 1394a，单根4.5m(S400)，加中继可达70m。高质量的线缆可达17.5m(S

10、400)(AVT)，如果调整到S100或S200，则传输(chun sh)距离可达25m，甚至更长； 1394b,单根10m(S800)；转网络传输(chun sh)，用Cat5线可达到100m(S100)，使用Cat6线，在S400情况下可达60m；转光纤传输(chun sh)，可达500m(S400/S800)；直接光纤传输(chun sh)100m(S800)(AVT Pike和Stingray系列)第28页/共51页第二十九页，共52页。规范(gufn)定义了未经压缩的视频数据在1394总线中的传输方式。在摄像机寄存器层定义了大量的地址。定义了多种固定(gdng)的视频格式和外部信号的

11、动作。允许摄像机生产商自行定义摄像机的“高级特性”第29页/共51页第三十页，共52页。第30页/共51页第三十一页，共52页。第31页/共51页第三十二页，共52页。第32页/共51页第三十三页，共52页。第33页/共51页第三十四页，共52页。第34页/共51页第三十五页，共52页。传送4个LVDS线对控制信号（cc1cc4）2个LVDS线对串口信号与相机通讯第35页/共51页第三十六页，共52页。第36页/共51页第三十七页，共52页。第37页/共51页第三十八页，共52页。第38页/共51页第三十九页，共52页。第39页/共51页第四十页，共52页。第40页/共51页第四十一页，共52

12、页。GigE Vision由AIA（Automated Imaging Association）创建并推广适于工业成像应用，通过网络传输无压缩(y su)视频信号第一个使用价格低廉线缆长距离传输图像的标准 即使是不同厂家的硬件和软件，只要符合GigE Vision标准，也可以实现无缝的千兆网连接第41页/共51页第四十二页，共52页。第42页/共51页第四十三页，共52页。Standard for Machine Vision !Standard for Machine Vision !Filter driverFilter driverWindows Standard GigE Window

13、s Standard GigE 第43页/共51页第四十四页，共52页。TCP/IPTCP/IPUDP UDP 连接面向连接非面向连接对系统资源的要求较多少传输模式流模式数据报模式数据的正确性保证数据的正确性UDP可能丢包数据顺序保证数据顺序UDP不保证GigE Vision是基于(jy)UDP协议的第44页/共51页第四十五页，共52页。CamPC1映像(yn xin)2ACK3映像(yn xin)4NACK5映像(yn xin)第45页/共51页第四十六页，共52页。CamPC1映像(yn xin)2映像(yn xin)3映像(yn xin)4映像5映像6映像第46页/共51页第四十七页，共52页。第47页/共51页第四十八页，共52页。第48页/共51页第四十九页，共52页。CameraLinkCameraLinkUsb2.0Usb2.01394a1394a1394b1394bGigEGigE速度Base: 255MB/sFull: 680MB/s38MB/s32MB/s64MB/s100MB/s距离10m5m4.5m10m100m优势1.带宽高2.有带预处理功能的采集设备3.抗干扰能力强1.易用2.价格低3.多相机1.易用，价格低，多相机2.传输距离远，实际线缆可达到17.5m，光纤传输可达100m3.有标准DCAM协议