光电转换与整合实用课件

第三章光電轉換與整合3.1光電轉換基本技術3.2二維成像訊號處理3.3介面處理技術3.4影像處理技術⊙參考文獻12/13/20221第三章光電轉換與整合3.1光電轉換基本技術12/10/3.1光電轉換基本技術

12/13/202223.1光電轉換基本技術

12/10/202223.1光電轉換基本技術(1)雷射①氣體雷射②固態雷射③半導體雷射④液體雷射⑤化學雷射⑥自由電子雷射⑦X射線雷射12/13/202233.1光電轉換基本技術12/10/202233.1光電轉換基本技術12/13/202243.1光電轉換基本技術12/10/20224(1)雷射①氣體雷射12/13/20225(1)雷射12/10/20225(1)雷射②固態雷射12/13/20226(1)雷射12/10/20226(1)雷射③半導體雷射12/13/20227(1)雷射12/10/20227(1)雷射④液體雷射12/13/20228(1)雷射12/10/20228青色(cyan)、洋紅(magenta)和黃色(yellow)三補色。一個超高度真空的玻璃管，其中向光的一面塗有一層特殊的金屬物質稱為光陰極板、，而在玻璃管的內部裝有許多個以特殊方式排列的「倍增板」，最後有一個陽極板。在1931年國際照明協會定義出波長700nm為紅色、波長546.Zsoft公司在Paintbrush繪圖軟體中開發出來的利用變動長度編碼法為核心的編碼技術。AT＆T所發展出來應用在影像擷取上的影像壓縮技術②相關雙次取樣－位元箝制法在1931年國際照明協會定義出波長700nm為紅色、波長546.(2)互補性氧化金屬半導體(CMOS)感測器(1)電荷耦合元件(CCD)第三章光電轉換與整合利用外加電壓的方式，使二極體內的電子與電洞結合過程中能曼轉換產生光的輸出，其LED材料通常為砷、磷、鎵等Ⅲ－Ⅴ族元素。給予傳輸元件三個不同時間的電壓高低。(5)低電壓驅動/低功率半導體發光元件電路原理與實務有氘或重氫、電弧燈及鹵素石英燈。重要的影像壓縮格式，由Aldus公司於1986年公佈、利用標籤為其基本結構、擴充性強。②USB的傳輸訊號與電源透過四條纜線連線，分別為紅(VBUS，+5V)、白(D)、綠(D＋)、黑(GND)。(4)失真型的影像壓縮格式②相關雙次取樣－位元箝制法(1)雷射⑤化學雷射12/13/20229青色(cyan)、洋紅(magenta)和黃色(yellow(1)雷射⑥自由電子雷射直接以電子束產生輻射，不借用任何雷射介質，是目前最佳的遠紅外線及紫外光高功率雷射光源工作波長約為248nm8mm，脈衝最大輸出功率可達1GW，輸出模態為TEM，最大缺點是體積過大。12/13/202210(1)雷射12/10/202210(1)雷射⑦X射線雷射12/13/202211(1)雷射12/10/202211(2)發光二極體光源利用外加電壓的方式，使二極體內的電子與電洞結合過程中能曼轉換產生光的輸出，其LED材料通常為砷、磷、鎵等Ⅲ－Ⅴ族元素。12/13/202212(2)發光二極體光源12/10/202212(2)發光二極體光源①可見光發光二極體(450780nm)高亮度發光二極體材料通常為GaInN+螢光粉、GaN+螢光粉、ZnSe++螢光粉等，白光光源可應用於資訊與通訊產品之背光源或照明類等。另外發光二極體材料(GaInN)亦可應用於交通號誌類或汽車煞車車燈類等用途。傳統發光二極體材料通常為GaP、GaAsP、AlGaAs等，這些發光二極體應用於通訊產品、資訊產品、家電及民生消費性電子產品等。另外LED材料(AlGaInP)可應用於交通號誌類或汽車方向燈類等領域。12/13/202213(2)發光二極體光源12/10/202213(2)發光二極體光源②非可見光發光二極體(8501550nm)紅外光(13001500nm)發光二極體材料通常為GaAlAs等，可作為光通訊產品之光源等。紅外光(800970nm)發光二極體材料通常為GaAs、GaAlAs等，可應用於資訊與通訊產品之遙控器類及生醫保健產品等。12/13/202214(2)發光二極體光源12/10/202214(3)氣體放電光譜燈依燈內不同之氣體或金屬蒸氣，而發出特定光譜波段之光帶。有氘或重氫、電弧燈及鹵素石英燈。12/13/202215(3)氣體放電光譜燈12/10/202215(2)使用LabVIEW控制外部USB設備(4)失真型的影像壓縮格式JPEGDCT壓縮－解壓縮架構符號式(signmagnitude)可分成被動式相素感測器及主動式相素感測器。(2)互補性氧化金屬半導體(CMOS)感測器二補數式(twoscomplement)Zsoft公司在Paintbrush繪圖軟體中開發出來的利用變動長度編碼法為核心的編碼技術。AT＆T所發展出來應用在影像擷取上的影像壓縮技術(1)數位訊號處理器(DSP)雛菊式的星狀拓樸，最多可連接63個設備(2)互補性氧化金屬半導體(CMOS)感測器在光二極體與光二極體間建構一組傳輸暫存器，此暫存器完全被不透光的金屬保護層所覆蓋。依燈內不同之氣體或金屬蒸氣，而發出特定光譜波段之光帶。①匯流排結構是星狀拓撲。(1)電荷耦合元件(CCD)CCD內的電荷依序往最後端的輸出級移動，而輸出級通常會再加入n型矽，成為二極體，等效為一個電容器負責儲存電荷，並將電荷轉成電壓，再輸出至感測元件外的訊號處理電路。(2)範例擷取影像系統架構圖(4)失真型的影像壓縮格式④Psendo二相位法(4)其他常用燈光源冷陰極螢光燈管電激發光元件電漿發光元件有機發光二極體12/13/202216(2)使用LabVIEW控制外部USB設備(4)其他常用燈光(5)低電壓驅動/低功率半導體發光元件電路原理與實務升壓電路負阻抗與電感(L)、電容(C)組成振盪器馳張振盪電路與電感(L)組成升壓振盪電路12/13/202217(5)低電壓驅動/低功率半導體發光元件電路原理與實務12/13.1光電轉換基本技術(1)光電倍增管(2)光二極體(3)累增式二極體12/13/2022183.1光電轉換基本技術12/10/202218(1)光電倍增管一個超高度真空的玻璃管，其中向光的一面塗有一層特殊的金屬物質稱為光陰極板、，而在玻璃管的內部裝有許多個以特殊方式排列的「倍增板」，最後有一個陽極板。12/13/202219(1)光電倍增管12/10/202219(2)光二極體光二極體光檢測器，其結構為pn接面的二極體，在pn接面的空乏區上跨一內部電場，以促使可移動的載子(電子與電洞)，移至原本多數載子處，而空乏區於pn接面處向兩側擴展開來，空乏區內所產生的電場使得多數載子無法越過電場的邊界，阻止多數載子的移動，但卻使少數載子經由電場的加速後，p側電子往n側移動，n側電子往p側移動，因此形成了二極體的逆向漏電流。12/13/202220(2)光二極體12/10/202220(3)累增式二極體基本上是pn結構操作於很高的逆偏壓下，則載子穿過空乏區時，獲得足夠能量經碰撞去激發價電帶的電子穿過能隙，躍遷至導電帶，碰撞產生更多電子、使光電流增加約百倍左右。12/13/202221(3)累增式二極體12/10/202221(低頻與高頻)(1)低頻光電前置放大訊號處理技術利用光電二極體的光強度和電流成正比的特性，我們可以把光訊號轉換成電流訊號。(2)高頻光電前置放大訊號處理技術Hamamatsu公司所生產的SiPIN二極體的實際電路設計12/13/202222(低頻與高頻)12/10/202222雷射二極體對於本身或外界環境所引起的溫度變化相當敏感，當雷射二極體工作在相同的順向電流時，在不且的溫度會有不同的輸出功率。12/13/202223雷射二極體對於本身或外界環境所引起的溫度變化相當敏感，當雷射(1)緩啟動器雷射二極體無法承受瞬間的大電流，為了避免在電源開啟時的瞬間電流變化過大而造成雷射二極體損壤，藉由電阻和電容製作出緩啟動器。12/13/202224(1)緩啟動器12/10/202224(2)光功率監視器此部分是整體回授控制系統的回授訊號來源，利用光二極體偵測雷射二極體的輸出功率所產生的光電流作回授控制。12/13/202225(2)光功率監視器12/10/202225(3)比例積分控制器利用LM336產生2.5V參考電壓和輸出電壓的差來調整輸出。12/13/202226(3)比例積分控制器12/10/202226感測器的訊號多為類比的電壓或電流訊號。感測器的感度雜訊放大類比數位轉換12/13/202227感測器的訊號多為類比的電壓或電流訊號。12/10/202223.2二維成像訊號處理12/13/2022283.2二維成像訊號處理12/10/202228依燈內不同之氣體或金屬蒸氣，而發出特定光譜波段之光帶。JPEGDCT壓縮－解壓縮架構每個像素可採光二極體或是photoMOS的結構AT＆T所發展出來應用在影像擷取上的影像壓縮技術(1)電荷耦合元件(CCD)(4)失真型的影像壓縮格式適用於NTSC的標準上。由於ADC中對輸入訊號的大小有不同的增益所致，其定義是指理想ADC轉換後曲線與實際ADC轉換後曲線在最高數位輸出值之差。使用與光二極體幾乎一樣大小的區域儲存電荷，同時在此儲存區域的元件上使用不透光的金屬保護層加以覆蓋，以防止不必要的曝光效應。給予傳輸元件三個不同時間的電壓高低。利用光電二極體的光強度和電流成正比的特性，我們可以把光訊號轉換成電流訊號。(5)YIQ色彩轉換格式可分成被動式相素感測器及主動式相素感測器。使用與光二極體幾乎一樣大小的區域儲存電荷，同時在此儲存區域的元件上使用不透光的金屬保護層加以覆蓋，以防止不必要的曝光效應。由於ADC內各參考位準偏移所造成，有時也被視為簡單的線性誤差其定義是指理想ADC轉換曲線與實際ADC轉換曲線在各轉換階層中之最大誤差。利用外加電壓的方式，使二極體內的電子與電洞結合過程中能曼轉換產生光的輸出，其LED材料通常為砷、磷、鎵等Ⅲ－Ⅴ族元素。彩色靜態畫面用JPEG編碼點對點的網路連接方式，不需透過PC作用纜線(1)電荷耦合元件(CCD)是一條接一條的掃瞄，以非交錯傳輸法的方式進行，此種方法最大的優點是提供同時間擷取整張影像資料，對需要精準時間的影像資料而言，是相當必需的。多次曝光影像的電荷不受移動的影響而相加一起、增加移動目標物在CCD上的感光時間，亦同時可防止CCD因載體移動產生影像模糊失真。(1)電荷耦合元件(CCD)(2)互補性氧化金屬半導體(CMOS)感測器12/13/202229依燈內不同之氣體或金屬蒸氣，而發出特定光譜波段之光帶。(1)(1)電荷耦合元件(CCD)工作原理可分下列幾個步驟1.每個像素可採光二極體或是photoMOS的結構2.當正電壓加在電極上時，絶緣層下的p型矽產生空乏區，並累積光電效應簅所產生的負電荷，而正電荷則排入矽基板。正電壓也因此產生所謂的位能井，將電荷收集於內而不外漏。3.透過控制每個電極上的偏壓，可以達到移動電荷的目的。4.CCD內的電荷依序往最後端的輸出級移動，而輸出級通常會再加入n型矽，成為二極體，等效為一個電容器負責儲存電荷，並將電荷轉成電壓，再輸出至感測元件外的訊號處理電路。12/13/202230(1)電荷耦合元件(CCD)12/10/202230(1)電荷耦合元件(CCD)PhotoMOS基本架構12/13/202231(1)電荷耦合元件(CCD)12/10/202231(1)電荷耦合元件(CCD)CCD的電荷移轉12/13/202232(1)電荷耦合元件(CCD)12/10/202232(1)電荷耦合元件(CCD)CCD的訊號輸出電路12/13/202233(1)電荷耦合元件(CCD)12/10/202233單輸出線型CCD12/13/202234單輸出線型CCD12/10/202234雙輸出線型CCD12/13/202235雙輸出線型CCD12/10/202235全圖框CCD架構12/13/202236全圖框CCD架構12/10/202236圖框移轉CCD架構12/13/202237圖框移轉CCD架構12/10/202237(2)互補性氧化金屬半導體(CMOS)感測器CMOS感測器是以CMOS半導體製程所製造，這種矽製程由於應用廣泛且價格較低，所以CMOS感測器已成為台灣數位相機市場的主流。可分成被動式相素感測器及主動式相素感測器。12/13/202238(2)互補性氧化金屬半導體(CMOS)感測器12/10/20交線移轉CCD架構12/13/202239交線移轉CCD架構12/10/202239雛菊式的星狀拓樸，最多可連接63個設備④Psendo二相位法BMP格式是Microsoft公司為Windows自行發展的一種影像檔格式。1nm為綠色、波長435.CCD內的電荷依序往最後端的輸出級移動，而輸出級通常會再加入n型矽，成為二極體，等效為一個電容器負責儲存電荷，並將電荷轉成電壓，再輸出至感測元件外的訊號處理電路。(4)YUV444、YUV422(4)YUV444、YUV422雷射二極體無法承受瞬間的大電流，為了避免在電源開啟時的瞬間電流變化過大而造成雷射二極體損壤，藉由電阻和電容製作出緩啟動器。(2)互補性氧化金屬半導體(CMOS)感測器接頭6pin含電源或4pin不含電源由於ADC中對輸入訊號的大小有不同的增益所致，其定義是指理想ADC轉換後曲線與實際ADC轉換後曲線在最高數位輸出值之差。是一條接一條的掃瞄，以非交錯傳輸法的方式進行，此種方法最大的優點是提供同時間擷取整張影像資料，對需要精準時間的影像資料而言，是相當必需的。(4)失真型的影像壓縮格式(2)互補性氧化金屬半導體(CMOS)感測器第三章光電轉換與整合①相關雙次取樣－線箝制法點對點的網路連接方式，不需透過PC作用纜線Hamamatsu公司所生產的SiPIN二極體的實際電路設計被動式相素感測器12/13/202240雛菊式的星狀拓樸，最多可連接63個設備被動式相素感測器12/主動式相素感測器12/13/202241主動式相素感測器12/10/202241CMOS與CCD特性的比較12/13/202242CMOS與CCD特性的比較12/10/202242(1)誤差種類(2)箝制技術(3)輸出格式12/13/202243(1)誤差種類12/10/202243(1)誤差種類①偏移誤差是由於ADC的電壓位準偏移所造成，其定義是指理想ADC轉換後曲線與實際ADC轉換後曲線在最低轉換階層之差。12/13/202244(1)誤差種類12/10/202244(1)誤差種類②增益誤差由於ADC中對輸入訊號的大小有不同的增益所致，其定義是指理想ADC轉換後曲線與實際ADC轉換後曲線在最高數位輸出值之差。12/13/202245(1)誤差種類12/10/202245(1)誤差種類③相異性非線性誤差由於ADC內各參考位準偏移所造成，其定義是指實際ADC的轉換曲線在各轉換階層的寬度與理想ADC轉換曲線階層的寬度之最大誤差。12/13/202246(1)誤差種類12/10/202246(1)誤差種類④整數性非線性誤差由於ADC內各參考位準偏移所造成，有時也被視為簡單的線性誤差其定義是指理想ADC轉換曲線與實際ADC轉換曲線在各轉換階層中之最大誤差。12/13/202247(1)誤差種類12/10/202247(2)箝制技術①相關雙次取樣－線箝制法②相關雙次取樣－位元箝制法③線取樣保持差分法12/13/202248(2)箝制技術12/10/202248(2)箝制技術①相關雙次取樣－線箝制法位元箝制法電路示意圖12/13/202249(2)箝制技術12/10/202249(2)箝制技術②相關雙次取樣－位元箝制法12/13/202250(2)箝制技術12/10/202250(2)箝制技術③線取樣保持差分法12/13/202251(2)箝制技術12/10/202251(3)輸出格式二補數式(twoscomplement)偏移二值式(offsetbinary)一補數式(onescomplement)符號式(signmagnitude)12/13/202252(3)輸出格式12/10/202252(1)CCD輸出方式(2)電荷傳輸技術(3)時脈關係(4)時脈產生方塊圖12/13/202253(1)CCD輸出方式12/10/202253(1)CCD輸出方式①全圖框法光二極體佔有全部晶片感光有效面積最大，對光的響應最高。12/13/202254(1)CCD輸出方式12/10/202254(1)CCD輸出方式②圖框傳輸法使用與光二極體幾乎一樣大小的區域儲存電荷，同時在此儲存區域的元件上使用不透光的金屬保護層加以覆蓋，以防止不必要的曝光效應。12/13/202255(1)CCD輸出方式12/10/202255(1)CCD輸出方式③線性矩陣法是最簡單的配置方式，由光二極體、傳輸閘及串列讀出暫存器所組成，除了光二極體外，使用不透光的金屬保護層加以覆蓋，以防止不必要的曝光效應。12/13/202256(1)CCD輸出方式12/10/202256(1)CCD輸出方式④交錯傳輸法在光二極體與光二極體間建構一組傳輸暫存器，此暫存器完全被不透光的金屬保護層所覆蓋。12/13/202257(1)CCD輸出方式12/10/202257(1)CCD輸出方式⑤前進掃瞄法是一條接一條的掃瞄，以非交錯傳輸法的方式進行，此種方法最大的優點是提供同時間擷取整張影像資料，對需要精準時間的影像資料而言，是相當必需的。12/13/202258(1)CCD輸出方式12/10/202258(1)CCD輸出方式⑥時間延遲積分法多次曝光影像的電荷不受移動的影響而相加一起、增加移動目標物在CCD上的感光時間，亦同時可防止CCD因載體移動產生影像模糊失真。12/13/202259(1)CCD輸出方式12/10/202259(2)電荷傳輸技術①四相位法給予傳輸元件四個不同時間的電壓高低。②三相位法給予傳輸元件三個不同時間的電壓高低。③二相位法在每個傳輸元件旁多佈入一段n*的物質，使產生另一階電位差，幫助電荷的移動。④Psendo二相位法同二相位法第1、2個共用電壓1、第3、4個共用電壓2。12/13/202260(2)電荷傳輸技術12/10/202260(2)電荷傳輸技術①四相位法時脈圖12/13/202261(2)電荷傳輸技術12/10/202261(3)時脈關係－1pixel時脈12/13/202262(3)時脈關係－112/10/202262(3)時脈關係－2line時脈12/13/202263(3)時脈關係－212/10/202263(3)時脈關係－3frame時脈12/13/202264(3)時脈關係－312/10/202264(4)時脈產生方塊圖12/13/202265(4)時脈產生方塊圖12/10/202265(1)數位訊號處理器(DSP)經過特殊設計的微處理器，而不同類型的DSP內建的功能互有差異，大部分皆具有內含的乘法器、目前大多使用16及32位元的資料寬度。單一指令週期多重匯流排零負載的廻圈計算具可規劃式的快閃記憶體12/13/202266(1)數位訊號處理器(DSP)12/10/202266(1)數位訊號處理器(DSP)具有DSP之時脈產生方塊圖12/13/202267(1)數位訊號處理器(DSP)12/10/202267(2)可程式化邏輯元件(PLD)複合型可程式邏輯元件(CPLD)場效型可程式邏輯元件(PPGA)簡易型程式化邏輯元件(SPLD)場效型可程式化相互接合(FPIC)12/13/202268(2)可程式化邏輯元件(PLD)12/10/202268(3)輸出介面一般常被使用的是搭配影像擷取卡、擷取低電壓差分訊號介面訊號，又稱TIA/EIA－644，使用差分的電器特性，達到高速傳輸的目的。12/13/202269(3)輸出介面12/10/2022693.3介面處理技術12/13/2022703.3介面處理技術12/10/202270(1)簡介最早由蘋果電腦於1986年開發出來特點高速通訊IEEE1394a有400MbpsIEEE1394b有3200Mbps自我組態定址雛菊式的星狀拓樸，最多可連接63個設備點對點的網路連接方式，不需透過PC作用纜線纜線4.5公尺接頭6pin含電源或4pin不含電源支援隨插即用、熱插拔價格低、效率高12/13/202271(1)簡介12/10/202271(1)簡介12/13/202272(1)簡介12/10/202272(1)簡介12/13/202273(1)簡介12/10/202273(2)原理①實體層②連結層③傳輸層④序列匯流排管理12/13/202274(2)原理12/10/202274(3)未來展望IEEE1394是一種普偏性高且低成本的介面標準、具有裝置驅動程式支援微軟Windows作業系統(98/2000/XP)的優點。IEEE1394b的速度可以達到3200Mbps12/13/202275(3)未來展望12/10/202275(1)優點與裝置類別PC週邊擴充容易方便使用，可連接127個設備支援隨插即用、熱插拔且具自我偵測功能具有靈活的內或外電源設定、支援待機與喚酲之電源管理可設定同步或非同步傳輸價格便宜12/13/202276(1)優點與裝置類別12/10/202276USB的三種傳輸類別12/13/202277USB的三種傳輸類別12/10/202277(2)基本架構①匯流排結構是星狀拓撲。②USB的傳輸訊號與電源透過四條纜線連線，分別為紅(VBUS，+5V)、白(D)、綠(D＋)、黑(GND)。③資料傳輸有控制型、巨量型、中斷型及等時型等四類。12/13/202278(2)基本架構12/10/202278匯流排結構是星狀拓撲12/13/202279匯流排結構是星狀拓撲12/10/202279USB的傳輸訊號與電源透過四條纜線連線12/13/202280USB的傳輸訊號與電源透過四條纜線連線12/10/20228資料傳輸分類12/13/202281資料傳輸分類12/10/202281(3)USB開發可至參考許多相關資料與開發工具。12/13/202282(3)USB開發12/10/202282(1)簡介美商國家儀器公司出版的ANSIC測試與測量發展環境。結合了資料流與結構化程式寫作的觀念將結果以虛擬儀表呈現出來。12/13/202283(1)簡介12/10/202283(2)範例擷取影像系統架構圖12/13/202284(2)範例擷取影像系統架構圖12/10/202284(3)利用Matrox影像擷取卡擷取影像的程式碼12/13/202285(3)利用Matrox影像擷取卡擷取影像的程式碼12/10/(1)介紹是一種圖形化語言人機介面程式方塊圖圖像和連接器(2)使用LabVIEW控制外部USB設備想要由LabVIEW讀取外部的USB裝置，必須要有裝置廠商所提供的動態連結函式庫(DLL)。(3)USB光譜儀利用Cypress公司出產的USB1.1晶片、EZ－USB，和Hamamatsu的光感測器C5863組合成光譜儀。12/13/202286(1)介紹12/10/202286人機介面開發視窗12/13/202287人機介面開發視窗12/10/202287人機介面元件12/13/202288人機介面元件12/10/202288程式方塊圖視窗12/13/202289程式方塊圖視窗12/10/202289修改圖像和連接器12/13/202290修改圖像和連接器12/10/202290(2)使用LabVIEW控制外部USB設備人機介面示範圖12/13/202291(2)使用LabVIEW控制外部USB設備人機介面示範圖12(2)使用LabVIEW控制外部USB設備程式方塊圖裡編輯程式12/13/202292(2)使用LabVIEW控制外部USB設備程式方塊圖裡編輯程(2)使用LabVIEW控制外部USB設備執行結果12/13/202293(2)使用LabVIEW控制外部USB設備執行結果12/13.4影像處理技術12/13/2022943.4影像處理技術12/10/2022943.4影像處理技術二維陣列數位影像12/13/2022953.4影像處理技術二維陣列數位影像12/10/202295(1)RGB三原色在1931年國際照明協會定義出波長700nm為紅色、波長546.1nm為綠色、波長435.8nm為藍色。(2)CMY彩色格式應用在彩色印刷上；青色(cyan)、洋紅(magenta)和黃色(yellow)三補色。(3)YUV色彩轉換格式色差訊號Y、R－Y、B－Y訊號一般被稱為Y、Cr、Cb，通常Y、Cr、Cb為數位訊號(PCM)的色差訊號，而類比的色差訊號則被稱為Y、Pr、Pb。另外一個常聽見的訊號稱為YUV，這是歐洲電視系統(PAL)中所有色差訊號的總稱。YUV同時包含了數位色差訊號以及類比色差訊號。(4)YUV444、YUV422有時候YUV會被標示為YUV444或YUV422等，代表的是在色差訊號中，由類比訊號轉換成數位訊號的Y、R－Y、B－Y。(5)YIQ色彩轉換格式適用於NTSC的標準上。12/13/202296(1)RGB三原色12/10/202296(1)RGB三原色12/13/202297(1)RGB三原色12/10/202297(1)空間域法直接對影像二維陣列中的像素作處理(2)頻域法修改影像的傅立葉轉換為基礎。12/13/202298(1)空間域法12/10/202298

(1)無失真壓縮技術(2)失真壓縮技術(3)無失真型的影像壓縮格式(4)失真型的影像壓縮格式(5)分析比較12/13/202299

(1)無失真壓縮技術12/10/202299(1)無失真壓縮技術重建後的結果和壓縮前的資料量不完全相同，一般用於文字檔、執行檔、醫學影像的壓縮上。無法得到很好的壓縮率。12/13/2022100(1)無失真壓縮技術12/10/2022100(2)失真壓縮技術重建後的結果和壓縮前的資料量完全相同，常被應用於高壓縮比且允許部分失真的影像壓縮上。12/13/2022101(2)失真壓縮技術12/10/2022101(3)無失真型的影像壓縮格式PCXZsoft公司在Paintbrush繪圖軟體中開發出來的利用變動長度編碼法為核心的編碼技術。TGAAT＆T所發展出來應用在影像擷取上的影像壓縮技術TIFF重要的影像壓縮格式，由Aldus公司於1986年公佈、利用標籤為其基本結構、擴充性強。被大量採用在多種作業平台、提供多種壓縮演算法及豐富的色彩支援。12/13/2022102(3)無失真型的影像壓縮格式12/10/2022102(4)失真型的影像壓縮格式JPEG由國際標準組織(ISO)和國際電話電報諮詢委員會(CCTTT)所建立的一個影像壓縮標準，主要是用於靜態影像壓縮方面。JPEG2000雜訊比提高30％、有三種層次的編碼形式彩色靜態畫面用JPEG編碼二值圖像用JBIG低壓縮率圖像採用JPEGLS12/13/2022103(4)失真型的影像壓縮格式12/10/2022103(4)失真型的影像壓縮格式JPEGDCT壓縮－解壓縮架構12/13/2022104(4)失真型的影像壓縮格式12/10/2022104(5)分析比較BMP格式是Microsoft公司為Windows自行發展的一種影像檔格式。在壓縮後的資料量有顯著的差異，在效果上人類的視覺能力已無法分辨。12/13/2022105(5)分析比較12/10/2022105第三章光電轉換與整合3.1光電轉換基本技術3.2二維成像訊號處理3.3介面處理技術3.4影像處理技術⊙參考文獻12/13/2022106第三章光電轉換與整合3.1光電轉換基本技術12/10/3.1光電轉換基本技術

12/13/20221073.1光電轉換基本技術

12/10/202223.1光電轉換基本技術(1)雷射①氣體雷射②固態雷射③半導體雷射④液體雷射⑤化學雷射⑥自由電子雷射⑦X射線雷射12/13/20221083.1光電轉換基本技術12/10/202233.1光電轉換基本技術12/13/20221093.1光電轉換基本技術12/10/20224(1)雷射①氣體雷射12/13/2022110(1)雷射12/10/20225(1)雷射②固態雷射12/13/2022111(1)雷射12/10/20226(1)雷射③半導體雷射12/13/2022112(1)雷射12/10/20227(1)雷射④液體雷射12/13/2022113(1)雷射12/10/20228青色(cyan)、洋紅(magenta)和黃色(yellow)三補色。一個超高度真空的玻璃管，其中向光的一面塗有一層特殊的金屬物質稱為光陰極板、，而在玻璃管的內部裝有許多個以特殊方式排列的「倍增板」，最後有一個陽極板。在1931年國際照明協會定義出波長700nm為紅色、波長546.Zsoft公司在Paintbrush繪圖軟體中開發出來的利用變動長度編碼法為核心的編碼技術。AT＆T所發展出來應用在影像擷取上的影像壓縮技術②相關雙次取樣－位元箝制法在1931年國際照明協會定義出波長700nm為紅色、波長546.(2)互補性氧化金屬半導體(CMOS)感測器(1)電荷耦合元件(CCD)第三章光電轉換與整合利用外加電壓的方式，使二極體內的電子與電洞結合過程中能曼轉換產生光的輸出，其LED材料通常為砷、磷、鎵等Ⅲ－Ⅴ族元素。給予傳輸元件三個不同時間的電壓高低。(5)低電壓驅動/低功率半導體發光元件電路原理與實務有氘或重氫、電弧燈及鹵素石英燈。重要的影像壓縮格式，由Aldus公司於1986年公佈、利用標籤為其基本結構、擴充性強。②USB的傳輸訊號與電源透過四條纜線連線，分別為紅(VBUS，+5V)、白(D)、綠(D＋)、黑(GND)。(4)失真型的影像壓縮格式②相關雙次取樣－位元箝制法(1)雷射⑤化學雷射12/13/2022114青色(cyan)、洋紅(magenta)和黃色(yellow(1)雷射⑥自由電子雷射直接以電子束產生輻射，不借用任何雷射介質，是目前最佳的遠紅外線及紫外光高功率雷射光源工作波長約為248nm8mm，脈衝最大輸出功率可達1GW，輸出模態為TEM，最大缺點是體積過大。12/13/2022115(1)雷射12/10/202210(1)雷射⑦X射線雷射12/13/2022116(1)雷射12/10/202211(2)發光二極體光源利用外加電壓的方式，使二極體內的電子與電洞結合過程中能曼轉換產生光的輸出，其LED材料通常為砷、磷、鎵等Ⅲ－Ⅴ族元素。12/13/2022117(2)發光二極體光源12/10/202212(2)發光二極體光源①可見光發光二極體(450780nm)高亮度發光二極體材料通常為GaInN+螢光粉、GaN+螢光粉、ZnSe++螢光粉等，白光光源可應用於資訊與通訊產品之背光源或照明類等。另外發光二極體材料(GaInN)亦可應用於交通號誌類或汽車煞車車燈類等用途。傳統發光二極體材料通常為GaP、GaAsP、AlGaAs等，這些發光二極體應用於通訊產品、資訊產品、家電及民生消費性電子產品等。另外LED材料(AlGaInP)可應用於交通號誌類或汽車方向燈類等領域。12/13/2022118(2)發光二極體光源12/10/202213(2)發光二極體光源②非可見光發光二極體(8501550nm)紅外光(13001500nm)發光二極體材料通常為GaAlAs等，可作為光通訊產品之光源等。紅外光(800970nm)發光二極體材料通常為GaAs、GaAlAs等，可應用於資訊與通訊產品之遙控器類及生醫保健產品等。12/13/2022119(2)發光二極體光源12/10/202214(3)氣體放電光譜燈依燈內不同之氣體或金屬蒸氣，而發出特定光譜波段之光帶。有氘或重氫、電弧燈及鹵素石英燈。12/13/2022120(3)氣體放電光譜燈12/10/202215(2)使用LabVIEW控制外部USB設備(4)失真型的影像壓縮格式JPEGDCT壓縮－解壓縮架構符號式(signmagnitude)可分成被動式相素感測器及主動式相素感測器。(2)互補性氧化金屬半導體(CMOS)感測器二補數式(twoscomplement)Zsoft公司在Paintbrush繪圖軟體中開發出來的利用變動長度編碼法為核心的編碼技術。AT＆T所發展出來應用在影像擷取上的影像壓縮技術(1)數位訊號處理器(DSP)雛菊式的星狀拓樸，最多可連接63個設備(2)互補性氧化金屬半導體(CMOS)感測器在光二極體與光二極體間建構一組傳輸暫存器，此暫存器完全被不透光的金屬保護層所覆蓋。依燈內不同之氣體或金屬蒸氣，而發出特定光譜波段之光帶。①匯流排結構是星狀拓撲。(1)電荷耦合元件(CCD)CCD內的電荷依序往最後端的輸出級移動，而輸出級通常會再加入n型矽，成為二極體，等效為一個電容器負責儲存電荷，並將電荷轉成電壓，再輸出至感測元件外的訊號處理電路。(2)範例擷取影像系統架構圖(4)失真型的影像壓縮格式④Psendo二相位法(4)其他常用燈光源冷陰極螢光燈管電激發光元件電漿發光元件有機發光二極體12/13/2022121(2)使用LabVIEW控制外部USB設備(4)其他常用燈光(5)低電壓驅動/低功率半導體發光元件電路原理與實務升壓電路負阻抗與電感(L)、電容(C)組成振盪器馳張振盪電路與電感(L)組成升壓振盪電路12/13/2022122(5)低電壓驅動/低功率半導體發光元件電路原理與實務12/13.1光電轉換基本技術(1)光電倍增管(2)光二極體(3)累增式二極體12/13/20221233.1光電轉換基本技術12/10/202218(1)光電倍增管一個超高度真空的玻璃管，其中向光的一面塗有一層特殊的金屬物質稱為光陰極板、，而在玻璃管的內部裝有許多個以特殊方式排列的「倍增板」，最後有一個陽極板。12/13/2022124(1)光電倍增管12/10/202219(2)光二極體光二極體光檢測器，其結構為pn接面的二極體，在pn接面的空乏區上跨一內部電場，以促使可移動的載子(電子與電洞)，移至原本多數載子處，而空乏區於pn接面處向兩側擴展開來，空乏區內所產生的電場使得多數載子無法越過電場的邊界，阻止多數載子的移動，但卻使少數載子經由電場的加速後，p側電子往n側移動，n側電子往p側移動，因此形成了二極體的逆向漏電流。12/13/2022125(2)光二極體12/10/202220(3)累增式二極體基本上是pn結構操作於很高的逆偏壓下，則載子穿過空乏區時，獲得足夠能量經碰撞去激發價電帶的電子穿過能隙，躍遷至導電帶，碰撞產生更多電子、使光電流增加約百倍左右。12/13/2022126(3)累增式二極體12/10/202221(低頻與高頻)(1)低頻光電前置放大訊號處理技術利用光電二極體的光強度和電流成正比的特性，我們可以把光訊號轉換成電流訊號。(2)高頻光電前置放大訊號處理技術Hamamatsu公司所生產的SiPIN二極體的實際電路設計12/13/2022127(低頻與高頻)12/10/202222雷射二極體對於本身或外界環境所引起的溫度變化相當敏感，當雷射二極體工作在相同的順向電流時，在不且的溫度會有不同的輸出功率。12/13/2022128雷射二極體對於本身或外界環境所引起的溫度變化相當敏感，當雷射(1)緩啟動器雷射二極體無法承受瞬間的大電流，為了避免在電源開啟時的瞬間電流變化過大而造成雷射二極體損壤，藉由電阻和電容製作出緩啟動器。12/13/2022129(1)緩啟動器12/10/202224(2)光功率監視器此部分是整體回授控制系統的回授訊號來源，利用光二極體偵測雷射二極體的輸出功率所產生的光電流作回授控制。12/13/2022130(2)光功率監視器12/10/202225(3)比例積分控制器利用LM336產生2.5V參考電壓和輸出電壓的差來調整輸出。12/13/2022131(3)比例積分控制器12/10/202226感測器的訊號多為類比的電壓或電流訊號。感測器的感度雜訊放大類比數位轉換12/13/2022132感測器的訊號多為類比的電壓或電流訊號。12/10/202223.2二維成像訊號處理12/13/20221333.2二維成像訊號處理12/10/202228依燈內不同之氣體或金屬蒸氣，而發出特定光譜波段之光帶。JPEGDCT壓縮－解壓縮架構每個像素可採光二極體或是photoMOS的結構AT＆T所發展出來應用在影像擷取上的影像壓縮技術(1)電荷耦合元件(CCD)(4)失真型的影像壓縮格式適用於NTSC的標準上。由於ADC中對輸入訊號的大小有不同的增益所致，其定義是指理想ADC轉換後曲線與實際ADC轉換後曲線在最高數位輸出值之差。使用與光二極體幾乎一樣大小的區域儲存電荷，同時在此儲存區域的元件上使用不透光的金屬保護層加以覆蓋，以防止不必要的曝光效應。給予傳輸元件三個不同時間的電壓高低。利用光電二極體的光強度和電流成正比的特性，我們可以把光訊號轉換成電流訊號。(5)YIQ色彩轉換格式可分成被動式相素感測器及主動式相素感測器。使用與光二極體幾乎一樣大小的區域儲存電荷，同時在此儲存區域的元件上使用不透光的金屬保護層加以覆蓋，以防止不必要的曝光效應。由於ADC內各參考位準偏移所造成，有時也被視為簡單的線性誤差其定義是指理想ADC轉換曲線與實際ADC轉換曲線在各轉換階層中之最大誤差。利用外加電壓的方式，使二極體內的電子與電洞結合過程中能曼轉換產生光的輸出，其LED材料通常為砷、磷、鎵等Ⅲ－Ⅴ族元素。彩色靜態畫面用JPEG編碼點對點的網路連接方式，不需透過PC作用纜線(1)電荷耦合元件(CCD)是一條接一條的掃瞄，以非交錯傳輸法的方式進行，此種方法最大的優點是提供同時間擷取整張影像資料，對需要精準時間的影像資料而言，是相當必需的。多次曝光影像的電荷不受移動的影響而相加一起、增加移動目標物在CCD上的感光時間，亦同時可防止CCD因載體移動產生影像模糊失真。(1)電荷耦合元件(CCD)(2)互補性氧化金屬半導體(CMOS)感測器12/13/2022134依燈內不同之氣體或金屬蒸氣，而發出特定光譜波段之光帶。(1)(1)電荷耦合元件(CCD)工作原理可分下列幾個步驟1.每個像素可採光二極體或是photoMOS的結構2.當正電壓加在電極上時，絶緣層下的p型矽產生空乏區，並累積光電效應簅所產生的負電荷，而正電荷則排入矽基板。正電壓也因此產生所謂的位能井，將電荷收集於內而不外漏。3.透過控制每個電極上的偏壓，可以達到移動電荷的目的。4.CCD內的電荷依序往最後端的輸出級移動，而輸出級通常會再加入n型矽，成為二極體，等效為一個電容器負責儲存電荷，並將電荷轉成電壓，再輸出至感測元件外的訊號處理電路。12/13/2022135(1)電荷耦合元件(CCD)12/10/202230(1)電荷耦合元件(CCD)PhotoMOS基本架構12/13/2022136(1)電荷耦合元件(CCD)12/10/202231(1)電荷耦合元件(CCD)CCD的電荷移轉12/13/2022137(1)電荷耦合元件(CCD)12/10/202232(1)電荷耦合元件(CCD)CCD的訊號輸出電路12/13/2022138(1)電荷耦合元件(CCD)12/10/202233單輸出線型CCD12/13/2022139單輸出線型CCD12/10/202234雙輸出線型CCD12/13/2022140雙輸出線型CCD12/10/202235全圖框CCD架構12/13/2022141全圖框CCD架構12/10/202236圖框移轉CCD架構12/13/2022142圖框移轉CCD架構12/10/202237(2)互補性氧化金屬半導體(CMOS)感測器CMOS感測器是以CMOS半導體製程所製造，這種矽製程由於應用廣泛且價格較低，所以CMOS感測器已成為台灣數位相機市場的主流。可分成被動式相素感測器及主動式相素感測器。12/13/2022143(2)互補性氧化金屬半導體(CMOS)感測器12/10/20交線移轉CCD架構12/13/2022144交線移轉CCD架構12/10/202239雛菊式的星狀拓樸，最多可連接63個設備④Psendo二相位法BMP格式是Microsoft公司為Windows自行發展的一種影像檔格式。1nm為綠色、波長435.CCD內的電荷依序往最後端的輸出級移動，而輸出級通常會再加入n型矽，成為二極體，等效為一個電容器負責儲存電荷，並將電荷轉成電壓，再輸出至感測元件外的訊號處理電路。(4)YUV444、YUV422(4)YUV444、YUV422雷射二極體無法承受瞬間的大電流，為了避免在電源開啟時的瞬間電流變化過大而造成雷射二極體損壤，藉由電阻和電容製作出緩啟動器。(2)互補性氧化金屬半導體(CMOS)感測器接頭6pin含電源或4pin不含電源由於ADC中對輸入訊號的大小有不同的增益所致，其定義是指理想ADC轉換後曲線與實際ADC轉換後曲線在最高數位輸出值之差。是一條接一條的掃瞄，以非交錯傳輸法的方式進行，此種方法最大的優點是提供同時間擷取整張影像資料，對需要精準時間的影像資料而言，是相當必需的。(4)失真型的影像壓縮格式(2)互補性氧化金屬半導體(CMOS)感測器第三章光電轉換與整合①相關雙次取樣－線箝制法點對點的網路連接方式，不需透過PC作用纜線Hamamatsu公司所生產的SiPIN二極體的實際電路設計被動式相素感測器12/13/2022145雛菊式的星狀拓樸，最多可連接63個設備被動式相素感測器12/主動式相素感測器12/13/2022146主動式相素感測器12/10/202241CMOS與CCD特性的比較12/13/2022147CMOS與CCD特性的比較12/10/202242(1)誤差種類(2)箝制技術(3)輸出格式12/13/2022148(1)誤差種類12/10/202243(1)誤差種類①偏移誤差是由於ADC的電壓位準偏移所造成，其定義是指理想ADC轉換後曲線與實際ADC轉換後曲線在最低轉換階層之差。12/13/2022149(1)誤差種類12/10/202244(1)誤差種類②增益誤差由於ADC中對輸入訊號的大小有不同的增益所致，其定義是指理想ADC轉換後曲線與實際ADC轉換後曲線在最高數位輸出值之差。12/13/2022150(1)誤差種類12/10/202245(1)誤差種類③相異性非線性誤差由於ADC內各參考位準偏移所造成，其定義是指實際ADC的轉換曲線在各轉換階層的寬度與理想ADC轉換曲線階層的寬度之最大誤差。12/13/2022151(1)誤差種類12/10/202246(1)誤差種類④整數性非線性誤差由於ADC內各參考位準偏移所造成，有時也被視為簡單的線性誤差其定義是指理想ADC轉換曲線與實際ADC轉換曲線在各轉換階層中之最大誤差。12/13/2022152(1)誤差種類12/10/202247(2)箝制技術①相關雙次取樣－線箝制法②相關雙次取樣－位元箝制法③線取樣保持差分法12/13/2022153(2)箝制技術12/10/202248(2)箝制技術①相關雙次取樣－線箝制法位元箝制法電路示意圖12/13/2022154(2)箝制技術12/10/202249(2)箝制技術②相關雙次取樣－位元箝制法12/13/2022155(2)箝制技術12/10/202250(2)箝制技術③線取樣保持差分法12/13/2022156(2)箝制技術12/10/202251(3)輸出格式二補數式(twoscomplement)偏移二值式(offsetbinary)一補數式(onescomplement)符號式(signmagnitude)12/13/2022157(3)輸出格式12/10/202252(1)CCD輸出方式(2)電荷傳輸技術(3)時脈關係(4)時脈產生方塊圖12/13/2022158(1)CCD輸出方式12/10/202253(1)CCD輸出方式①全圖框法光二極體佔有全部晶片感光有效面積最大，對光的響應最高。12/13/2022159(1)CCD輸出方式12/10/202254(1)CCD輸出方式②圖框傳輸法使用與光二極體幾乎一樣大小的區域儲存電荷，同時在此儲存區域的元件上使用不透光的金屬保護層加以覆蓋，以防止不必要的曝光效應。12/13/2022160(1)CCD輸出方式12/10/202255(1)CCD輸出方式③線性矩陣法是最簡單的配置方式，由光二極體、傳輸閘及串列讀出暫存器所組成，除了光二極體外，使用不透光的金屬保護層加以覆蓋，以防止不必要的曝光效應。12/13/2022161(1)CCD輸出方式12/10/202256(1)CCD輸出方式④交錯傳輸法在光二極體與光二極體間建構一組傳輸暫存器，此暫存器完全被不透光的金屬保護層所覆蓋。12/13/2022162(1)CCD輸出方式12/10/202257(1)CCD輸出方式⑤前進掃瞄法是一條接一條的掃瞄，以非交錯傳輸法的方式進行，此種方法最大的優點是提供同時間擷取整張影像資料，對需要精準時間的影像資料而言，是相當必需的。12/13/2022163(1)CCD輸出方式12/10/202258(1)CCD輸出方式⑥時間延遲積分法多次曝光影像的電荷不受移動的影響而相加一起、增加移動目標物在CCD上的感光時間，亦同時可防止CCD因載體移動產生影像模糊失真。12/13/2022164(1)CCD輸出方式12/10/202259(2)電荷傳輸技術①四相位法給予傳輸元件四個不同時間的電壓高低。②三相位法給予傳輸元件三個不同時間的電壓高低。③二相位法在每個傳輸元件旁多佈入一段n*的物質，使產生另一階電位差，幫助電荷的移動。④Psendo二相位法同二相位法第1、2個共用電壓1、第3、4個共用電壓2。12/13/2022165(2)電荷傳輸技術12/10/202260(2)電荷傳輸技術①四相位法時脈圖12/13/2022166(2)電荷傳輸技術12/10/202261(3)時脈關係－1pixel時脈12/13/2022167(3)時脈關係－112/10/202262(3)時脈關係－2line時脈12/13/2022168(3)時脈關係－212/10/202263(3)時脈關係－3frame時脈12/13/2022169(3)時脈關係－312/10/202264(4)時脈產生方塊圖12/13/2022170(4)時脈產生方塊圖12/10/202265(1)數位訊號處理器(DSP)經過特殊設計的微處理器，而不同類型的DSP內建的功能互有差異，大部分皆具有內含的乘法器、目前大多使用16及32位元的資料寬度。單一指令週期多重匯流排零負載的廻圈計算具可規劃式的快閃記憶體12/13/2022171(1)數位訊號處理器(DSP)12/10/202266(1)數位訊號處理器(DSP)具有DSP之時脈產生方塊圖12/13/2022172(1)數位訊號處理器(DSP)12/10/202267(2)可程式化邏輯元件(PLD)複合型可程式邏輯元件(CPLD)場效型可程式邏輯元件(PPGA)簡易型程式化邏輯元件(SPLD)場效型可程式化相互接合(FPIC)12/13/2022173(2)可程式化邏輯元件(PLD)12/10/202268(3)輸出介面一般常被使用的是搭配影像擷取卡、擷取低電壓差分訊號介面訊號，又稱TIA/EIA－644，使用差分的電器特性，達到高速傳輸的目的。12/13/2022174(3)輸出介面12/10/2022693.3介面處理技術12/13/20221753.3介面處理技術12/10/202270(1)簡介最早由蘋果電腦於1986年開發出來特點高速通訊IEEE1394a有400MbpsIEEE1394b有3200Mbps自我組態定址雛菊式的星狀拓樸，最多可連接63個設備點對點的網路連接方式，不需透過PC作用纜線纜線4.5公尺接頭6pin含電源或4pin不含電源支援隨插即用、熱插拔價格低、效率高12/13/2022176(1)簡介12/10/202271(1)簡介12/13/2022177(1)簡介12/10/202272(1)簡介12/13/2022178(1)簡介12/10/202273(2)原理①實體層②連結層③傳輸層④序列匯流排管理12/13/2022179(2)原理12/10/202274(3)未來展望IEEE1394是一種普偏性高且低成本的介面標準、具有裝置驅動程式支援微軟Windows作業系統(98/2000/XP)的優點。IEEE1394b的速度可以達到3200Mbps12/13/2022180(3)未來展望12/10/202275(1)優點與裝置類別PC週邊擴充容易方便使用，可連接127個設備支援隨插即用、熱插拔且具自我偵測功能具有靈活的內或外電源設定、支援待機與喚酲之電源管理可設定同步或非同步傳輸價格便宜12/13/2022181(1)優點與裝置類別12/10/202276USB的三種傳輸類別12/13/2022182USB的三種傳輸類別12/10/202277(2)基本架構①匯流排結構是星狀拓撲。②USB的傳輸訊號與電源透過四條纜線連線，分別為紅(VBUS，+5V)、白(D)、綠(D＋)、黑(GND)。③資料傳輸有控制型、巨量型、中斷型及等時型等四類。12/13/2022183(2)基本架構12/10/202278匯流排結構是星狀拓撲12/13/2022184匯流排結構是星狀拓撲12/10/202279USB的傳輸訊號與電源透過四條纜線連線12/13/2022185USB的傳輸訊號與電源透過四條纜線連線12/10/20228資料傳輸分類12/13/2022186資料傳輸分類12/10/