摄像头参数解读ppt课件.ppt

摄像头介绍摄像头介绍1 摄像头原理摄像头原理2 摄像头摄像头主要参数解读主要参数解读3 CCD和和CMOS区别区别4 徕卡显微镜摄像头介绍徕卡显微镜摄像头介绍1.摄像头原理摄像头原理 摄像头原理：摄像头原理：1被摄物体反射光线被摄物体反射光线，传播到镜头，经镜头聚焦到图像传感器芯片上，传播到镜头，经镜头聚焦到图像传感器芯片上， 传感器传感器根据根据光的强弱积聚相应的电荷，经周期性放电光的强弱积聚相应的电荷，经周期性放电，产生表示一幅幅画面的，产生表示一幅幅画面的电信号电信号，经过预中放大电路经过预中放大电路放大放大、自动、自动增益控制增益控制，于由图像处理芯片处理的是数字信号，于由图像处理芯片处理的是数字信号，所以经所以经模数转换模数转换到图像数字信号处理到图像数字信号处理ICIC（DSPDSP）同步信号发生器主要产生同）同步信号发生器主要产生同步时钟信号（由晶体振荡电路来完成），即产生垂直和水平的扫描驱动信号，步时钟信号（由晶体振荡电路来完成），即产生垂直和水平的扫描驱动信号，到图像处理到图像处理ICIC然后，经数模转换电路通过输出端子输出一个标准的复合视频然后，经数模转换电路通过输出端子输出一个标准的复合视频信号。

信号简单说：摄像头就是通过光电效应，将光信号转换成电信号简单说：摄像头就是通过光电效应，将光信号转换成电信号2.主要技术参数主要技术参数像元像元像元（像素）像元（像素）：传感器的基本单位，由光电二极管（硅）构成，当硅被激发后发射电：传感器的基本单位，由光电二极管（硅）构成，当硅被激发后发射电子，然后由控制电路将溢出的电子转化为数字信号子，然后由控制电路将溢出的电子转化为数字信号1.光电二极管和普通二极管一样光电二极管和普通二极管一样，也是由一个，也是由一个PNPN结组成的半导体器件，也具有单方向结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器导电特性但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件2.光电二极管原理光电二极管原理 是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流光的强度越大，反向电流也有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流光的强度越大，反向电流也越大光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光越大。

光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件电传感器件3.像元的特性像元的特性： 像元产生的电信号的强弱和光电二极管吸收的光子数成正比，光子数与曝光时间像元产生的电信号的强弱和光电二极管吸收的光子数成正比，光子数与曝光时间和光的强度有关和光的强度有关 单个像元的尺寸决定了像元到达饱和所需吸收的光子量显微镜相机的像元尺寸单个像元的尺寸决定了像元到达饱和所需吸收的光子量显微镜相机的像元尺寸在在2-24um2-24um，我们徕卡摄像头一般在，我们徕卡摄像头一般在2-4um之间，是选用比较顶尖的传感器，例如之间，是选用比较顶尖的传感器，例如MC190HDMC190HD像素面积可以达到像素面积可以达到1.671.671.671.67m m，传感器面积达到，传感器面积达到1/2.31/2.3英寸英寸3.主要技术参数主要技术参数分辨率分辨率分辨率分辨率：分辨图像能力，用以描述图像细节分辨程度分辨图像能力，用以描述图像细节分辨程度通常它是以横向和纵向像素点的数量来衡量的，表示成水平像素点数通常它是以横向和纵向像素点的数量来衡量的，表示成水平像素点数垂直垂直像素点数的形式。

在一个固定的平面内，分辨率越高，意味着可使用的细节像素点数的形式在一个固定的平面内，分辨率越高，意味着可使用的细节越多，图像越细致；但相对的，因为纪录的信息越多，数据量也就会越大越多，图像越细致；但相对的，因为纪录的信息越多，数据量也就会越大一般，分辨率与像素是成正比的，像素越多，分辨率也越高一般，分辨率与像素是成正比的，像素越多，分辨率也越高对于图像传感器芯片而言，对于图像传感器芯片而言，有两种提高分辨率的途径有两种提高分辨率的途径：1.1.是在不改变单个像元大小的前提下，扩展芯片的尺寸是在不改变单个像元大小的前提下，扩展芯片的尺寸2.2.就是缩小单个元的尺寸以在同样的芯片面积上拥有更多的像元就是缩小单个元的尺寸以在同样的芯片面积上拥有更多的像元4.主要技术参数主要技术参数帧数帧数帧数帧数，即为帧生成数量的简称是摄像头采集的视频每秒放映的画面数即为帧生成数量的简称是摄像头采集的视频每秒放映的画面数帧数就是在帧数就是在1 1秒钟时间里传输的图片的量，也可以理解为图形处理器每秒钟能够刷秒钟时间里传输的图片的量，也可以理解为图形处理器每秒钟能够刷新几次，通常用新几次，通常用fpsfps（Frames Per SecondFrames Per Second）表示。

每一帧都是静止的图象，快速）表示每一帧都是静止的图象，快速连续地显示帧便形成了运动的假象高的帧率可以得到更流畅、更逼真的动画连续地显示帧便形成了运动的假象高的帧率可以得到更流畅、更逼真的动画每秒钟帧数每秒钟帧数 (fps) (fps) 愈多，所显示的动作就会愈流畅愈多，所显示的动作就会愈流畅5.主要技术参数主要技术参数信噪比信噪比物理学上，所有的信号都伴有噪声，噪声的类型及其所带来的影响和图像物理学上，所有的信号都伴有噪声，噪声的类型及其所带来的影响和图像传感器的种类有关传感器的种类有关噪声的分类噪声的分类：背景噪声：属于基本噪声，是热激发产生，曝光时间越长，背景噪声越大背景噪声：属于基本噪声，是热激发产生，曝光时间越长，背景噪声越大读取噪声：信号读取时产生，降低读取速率可以降低读取噪声读取噪声：信号读取时产生，降低读取速率可以降低读取噪声光电散粒噪声：具有随机性光电散粒噪声：具有随机性背景噪声是基本噪声，所以采取制冷的方式可以最大限度降低暗电流堆积，降低噪音背景噪声是基本噪声，所以采取制冷的方式可以最大限度降低暗电流堆积，降低噪音保持长时间曝光保持长时间曝光 制冷的方式：风制冷的方式：风 冷冷 水水/油冷油冷 半导体制冷：常用帕尔贴（半导体制冷：常用帕尔贴（Peltier）占用空间较大，效果不显著占用空间较大，效果不显著6.主要技术参数主要技术参数信噪比信噪比 其中半导体制冷：用帕尔贴（其中半导体制冷：用帕尔贴（Peltier） 最低温度可以达到室温下最低温度可以达到室温下50度。

度原理图，如右图：以陶瓷基面原理图，如右图：以陶瓷基面注意：放热端需要连接散热塔注意：放热端需要连接散热塔7.主要技术参数主要技术参数信噪比信噪比信噪比：信噪比是指图像传感器接收信号和噪音的比例信噪比：信噪比是指图像传感器接收信号和噪音的比例信噪比是衡量一张样图好坏的关键参数，信噪比是衡量一张样图好坏的关键参数，信噪比越大越好信噪比越大越好信噪比的计量单位是信噪比的计量单位是dBdB，其计算方法是，其计算方法是10lg(PS/PN)10lg(PS/PN)，其中，其中PsPs和和PnPn分别代表信号和分别代表信号和噪声的有效功率噪声的有效功率信噪比的常用值为信噪比的常用值为4555db4555db，若为，若为50db50db，则图像有少量噪声，但图像质量良好；若，则图像有少量噪声，但图像质量良好；若为为60db60db，则图像质量优良，不出现噪声则图像质量优良，不出现噪声我们徕卡我们徕卡MC290HDMC290HD及以上系列是信噪比是及以上系列是信噪比是55dB55dB，属于图像质量较好，噪声微弱属于图像质量较好，噪声微弱8.主要技术参数主要技术参数阱容阱容阱容与像元的尺寸有关，表示单个像元储存电荷的能力，即电阱容与像元的尺寸有关，表示单个像元储存电荷的能力，即电荷阱饱和前能储存的最大电子数。

荷阱饱和前能储存的最大电子数阱是集成电路的接触光的第一层，阱容就是阱的容量阱是集成电路的接触光的第一层，阱容就是阱的容量9.主要技术参数主要技术参数增益增益增益的一般含义简而言之就是放大倍数增益的一般含义简而言之就是放大倍数增益在传感器中的含义就是图像的输出与图像的采集之间的倍增益在传感器中的含义就是图像的输出与图像的采集之间的倍数10.主要技术参数主要技术参数动态范围动态范围动态范围：动态范围：指最高值和最低值之间的范围的一个物理量，而在图像传指最高值和最低值之间的范围的一个物理量，而在图像传感器中指的是传感器同时记录强弱信号的能力感器中指的是传感器同时记录强弱信号的能力动态范围动态范围= =阱容阱容/ /噪声，动态范围也与增益（信号被放大程度）有关噪声，动态范围也与增益（信号被放大程度）有关它们的关系是增益提高一倍，阱容降低一倍，动态范围降低（增益是放大倍它们的关系是增益提高一倍，阱容降低一倍，动态范围降低（增益是放大倍数）数）显微观察中的荧光观察需要比较大动态范围的图像传感器显微观察中的荧光观察需要比较大动态范围的图像传感器11.主要技术参数主要技术参数量子效率量子效率量子效率是指光子激发产生电子的数量，即光信号转化为电量子效率是指光子激发产生电子的数量，即光信号转化为电信号的能力。

信号的能力最理想状态是转换与接收的比例时最理想状态是转换与接收的比例时1 1：1 1但是在实际中，光子也可能被吸收或但是在实际中，光子也可能被吸收或者穿透所以达不到者穿透所以达不到1:11:1量子效率的范围一般在量子效率的范围一般在75-99影响因素：光电面的表面状态、反射等因素影响因素：光电面的表面状态、反射等因素 12.主要技术参数主要技术参数成像速度和成像速度和binningbinning成像速度：每秒传输的帧数帧数与像素大小，读取速度，成像速度：每秒传输的帧数帧数与像素大小，读取速度，数据传输速度有关数据传输速度有关它们的比例关系：它们的比例关系：读取的像素读取的像素 帧数帧数 速度速度 读取的像素读取的像素 帧数帧数速度速度 13.主要技术参数主要技术参数成像速度和成像速度和binningbinning在实际中，传感器通常通过在实际中，传感器通常通过binning来降低读取速度来降低读取速度BinningBinning是一种图像读出模式，将相邻像元感应的电荷加在一起，以一个像素的模式读是一种图像读出模式，将相邻像元感应的电荷加在一起，以一个像素的模式读出binnig英文是装箱的意思）英文是装箱的意思）通过通过binningbinning将相邻的几个像元上的信号收集在一起，作为一个大的像元来处理，通常将相邻的几个像元上的信号收集在一起，作为一个大的像元来处理，通常可以取可以取2:2,32:2,3: :3,4:43,4:4像元结合在一起来处理。

像元结合在一起来处理1：1 binning2：2 binning14.主要技术参数主要技术参数成像速度和成像速度和binningbinningBinningBinning分为水平方向分为水平方向BinningBinning和垂直方向和垂直方向BinningBinning，水平方向，水平方向BinningBinning是将相邻的行的电荷加在一起读出，而垂直方向是将相邻的行的电荷加在一起读出，而垂直方向BinningBinning是将相邻的列的电荷加在一起读出，是将相邻的列的电荷加在一起读出，BinningBinning这一技术这一技术的优点是能将几个像素联合起来作为一个像素使用，提高灵敏的优点是能将几个像素联合起来作为一个像素使用，提高灵敏度，输出速度，降低分辨率，当行和列同时采用度，输出速度，降低分辨率，当行和列同时采用BinningBinning时，图时，图像的纵横比并不改变像的纵横比并不改变如上图，当采用如。