機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)之相機(jī)篇學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1機(jī)器視覺(jué)機(jī)器視覺(jué)(shju)系統(tǒng)之相機(jī)篇系統(tǒng)之相機(jī)篇第一頁(yè)，共52頁(yè)。按輸出按輸出(shch)(shch)圖像信號(hào)格式劃分圖像信號(hào)格式劃分模擬攝像機(jī)模擬攝像機(jī)PALPAL（黑白為（黑白為CCIRCCIR） NTSCNTSC（黑白為（黑白為EIAEIA） 數(shù)字?jǐn)z像機(jī)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)IEEE1394IEEE1394USB2.0USB2.0Camera LinkCamera LinkGigE GigE 第1頁(yè)/共51頁(yè)第二頁(yè)，共52頁(yè)。按像素排列方式劃分按像素排列方式劃分面陣攝像機(jī)面陣攝像機(jī)黑白攝像機(jī)黑白攝像機(jī)Bayer彩色彩色(cis)相機(jī)相機(jī)3CCD彩色彩色(cis)相機(jī)（分光棱鏡）相機(jī)（分光

2、棱鏡）線陣攝像機(jī)線陣攝像機(jī)黑白攝像機(jī)黑白攝像機(jī)3Line彩色彩色(cis)攝像機(jī)攝像機(jī)3CCD彩色彩色(cis)攝像機(jī)（分光棱鏡）攝像機(jī)（分光棱鏡）第2頁(yè)/共51頁(yè)第三頁(yè)，共52頁(yè)。靶面尺寸靶面尺寸1 2/31/1.81/21/31/4寬寬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頁(yè)/共51頁(yè)第四頁(yè)，共52頁(yè)。第4頁(yè)/共51頁(yè)第五頁(yè)，共52頁(yè)。Output(Amplifier)Serial

3、 readout register優(yōu)點(diǎn)：填充因子(fill factor)可以達(dá)到非常高，甚至達(dá)到100%。這樣Sensor靈敏度非常大。缺點(diǎn)：由于傳輸和讀出使用(shyng)的時(shí)鐘相同，因此Sensor上面的部分曝光時(shí)間比下面的長(zhǎng)，這會(huì)造成Smear現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問(wèn)題，必須使用(shyng)機(jī)械快門(mén)或閃光燈。第5頁(yè)/共51頁(yè)第六頁(yè)，共52頁(yè)。優(yōu)點(diǎn)：在曝光時(shí)間較長(zhǎng)的情況下，Smear現(xiàn)象比Full Frame Array Sensor小很多缺點(diǎn)(qudin)：由于需要兩個(gè)Sensor，因此成本非常高Light sensitiveCCD-sensorShieldedmemory areaRe

4、adout register.第6頁(yè)/共51頁(yè)第七頁(yè)，共52頁(yè)。轉(zhuǎn)移時(shí)間約為1us，因此完全不存在Smear現(xiàn)象(xinxing)。優(yōu)點(diǎn)：由于轉(zhuǎn)移時(shí)間非常短，因此不需要使用機(jī)械快門(mén)或閃光燈缺點(diǎn)：由于屏蔽區(qū)占用了Sensor的部分面積，因此使得此種傳感器填充因子只能在20%70%添加微鏡頭可以增加填充因子Horizontal shift registersvertical shift registerShielded(Photo diodes)Sensor elementsOutput(Amplifier)第7頁(yè)/共51頁(yè)第八頁(yè)，共52頁(yè)。Overflow Drain主要用來(lái)消除CCD Sens

5、or的Blooming現(xiàn)象(xinxing)，它也被用來(lái)實(shí)現(xiàn)電子快門(mén)通過(guò)Micro Lenses可以將傳感器的填充因子提高。第8頁(yè)/共51頁(yè)第九頁(yè)，共52頁(yè)。第9頁(yè)/共51頁(yè)第十頁(yè)，共52頁(yè)。CCDCCDCMOSCMOS優(yōu)1.圖像質(zhì)量高2.靈敏度高3.對(duì)比度高1.體積小2.片上數(shù)字化3.很多片上處理功能4.低功耗5.沒(méi)有Blooming現(xiàn)象6.直接訪問(wèn)單個(gè)像素7.高動(dòng)態(tài)范圍（120dB）8.幀率可以更高劣1.Blooming2.不能直接訪問(wèn)每個(gè)像素3.沒(méi)有片上處理功能1.一致性較差2.光靈敏度差3.噪聲大第10頁(yè)/共51頁(yè)第十一頁(yè)，共52頁(yè)。隔行掃描逐行掃描第11頁(yè)/共51頁(yè)第十二頁(yè)，共52頁(yè)

6、。行曝光(bo gung)幀曝光(bo gung)第12頁(yè)/共51頁(yè)第十三頁(yè)，共52頁(yè)。第13頁(yè)/共51頁(yè)第十四頁(yè)，共52頁(yè)。第14頁(yè)/共51頁(yè)第十五頁(yè)，共52頁(yè)。第15頁(yè)/共51頁(yè)第十六頁(yè)，共52頁(yè)。 Usb2.0 IEEE 1394 CameraLink GigE第16頁(yè)/共51頁(yè)第十七頁(yè)，共52頁(yè)。標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布日期發(fā)布日期 傳輸速率傳輸速率應(yīng)用應(yīng)用Usb1.01996年1.5MbpsNOUsb1.11998年12MbpsUsb鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、家用掃描儀、一些網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等Usb2.0High-speed2000年480Mbps80的帶寬用于圖像傳輸，約38MBUsb3.0Super-peed2

7、008.084.8GbpsNO第17頁(yè)/共51頁(yè)第十八頁(yè)，共52頁(yè)。 USB2.0帶寬：480 Mbit/s 支持熱插拔 使用便捷(binji) 相機(jī)可通過(guò)USB線纜供電第18頁(yè)/共51頁(yè)第十九頁(yè)，共52頁(yè)。等時(shí)(isochronous)傳輸方式。提供了確定的帶寬和間隔時(shí)間，在傳送數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，USB并不處理這些錯(cuò)誤，而是繼續(xù)傳送新的數(shù)據(jù)；中斷(interrupt)傳輸方式。傳輸數(shù)據(jù)量小，以達(dá)到實(shí)時(shí)效果；控制(control)傳輸方式。雙向傳輸，數(shù)據(jù)量也比較?。慌?bulk)傳輸方式。該方式用來(lái)傳輸要求正確無(wú)誤的數(shù)據(jù)；在這4種數(shù)據(jù)傳輸方式中，除等時(shí)傳輸方式外，其他3種方式在數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)

8、，都會(huì)試圖(sht)重新發(fā)送數(shù)據(jù)以保證其準(zhǔn)確性。第19頁(yè)/共51頁(yè)第二十頁(yè)，共52頁(yè)。USB2.0，單根5m，加中繼可達(dá)30m第20頁(yè)/共51頁(yè)第二十一頁(yè)，共52頁(yè)。 沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議 主從(Master-salve)結(jié)構(gòu)，CPU占用率高 帶寬(di kun)沒(méi)有保證第21頁(yè)/共51頁(yè)第二十二頁(yè)，共52頁(yè)。第22頁(yè)/共51頁(yè)第二十三頁(yè)，共52頁(yè)。標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布日期發(fā)布日期傳輸速率傳輸速率特點(diǎn)及應(yīng)用特點(diǎn)及應(yīng)用1394aIEEE 1394 - 1995IEEE 1394 - 2000400Mbps主要應(yīng)用于視頻傳輸領(lǐng)域；傳輸距離4.5m，單根線纜最長(zhǎng)可達(dá)到17.5m，加中繼可達(dá)70m，光纖傳輸則可達(dá)10

9、0m有標(biāo)準(zhǔn)DCAM協(xié)議, CPU占用低1394bIEEE 1394 -2002800Mbps1394cIEEE 1394 -2006IEEE 1394 -2008800Mbps3.2Gbps第23頁(yè)/共51頁(yè)第二十四頁(yè)，共52頁(yè)。第24頁(yè)/共51頁(yè)第二十五頁(yè)，共52頁(yè)。第25頁(yè)/共51頁(yè)第二十六頁(yè)，共52頁(yè)。IEEE1394總線(zn xin)特征第26頁(yè)/共51頁(yè)第二十七頁(yè)，共52頁(yè)。IEEE1394總線(zn xin)特征第27頁(yè)/共51頁(yè)第二十八頁(yè)，共52頁(yè)。IEEE1394傳輸(chun sh)距離 1394a，單根4.5m(S400)，加中繼可達(dá)70m。高質(zhì)量的線纜可達(dá)17.5m(S

10、400)(AVT)，如果調(diào)整到S100或S200，則傳輸(chun sh)距離可達(dá)25m，甚至更長(zhǎng)； 1394b,單根10m(S800)；轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)傳輸(chun sh)，用Cat5線可達(dá)到100m(S100)，使用Cat6線，在S400情況下可達(dá)60m；轉(zhuǎn)光纖傳輸(chun sh)，可達(dá)500m(S400/S800)；直接光纖傳輸(chun sh)100m(S800)(AVT Pike和Stingray系列)第28頁(yè)/共51頁(yè)第二十九頁(yè)，共52頁(yè)。規(guī)范(gufn)定義了未經(jīng)壓縮的視頻數(shù)據(jù)在1394總線中的傳輸方式。在攝像機(jī)寄存器層定義了大量的地址。定義了多種固定(gdng)的視頻格式和外部信號(hào)的

11、動(dòng)作。允許攝像機(jī)生產(chǎn)商自行定義攝像機(jī)的“高級(jí)特性”第29頁(yè)/共51頁(yè)第三十頁(yè)，共52頁(yè)。第30頁(yè)/共51頁(yè)第三十一頁(yè)，共52頁(yè)。第31頁(yè)/共51頁(yè)第三十二頁(yè)，共52頁(yè)。第32頁(yè)/共51頁(yè)第三十三頁(yè)，共52頁(yè)。第33頁(yè)/共51頁(yè)第三十四頁(yè)，共52頁(yè)。第34頁(yè)/共51頁(yè)第三十五頁(yè)，共52頁(yè)。傳送4個(gè)LVDS線對(duì)控制信號(hào)（cc1cc4）2個(gè)LVDS線對(duì)串口信號(hào)與相機(jī)通訊第35頁(yè)/共51頁(yè)第三十六頁(yè)，共52頁(yè)。第36頁(yè)/共51頁(yè)第三十七頁(yè)，共52頁(yè)。第37頁(yè)/共51頁(yè)第三十八頁(yè)，共52頁(yè)。第38頁(yè)/共51頁(yè)第三十九頁(yè)，共52頁(yè)。第39頁(yè)/共51頁(yè)第四十頁(yè)，共52頁(yè)。第40頁(yè)/共51頁(yè)第四十一頁(yè)，共52

12、頁(yè)。GigE Vision由AIA（Automated Imaging Association）創(chuàng)建并推廣適于工業(yè)成像應(yīng)用，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸無(wú)壓縮(y su)視頻信號(hào)第一個(gè)使用價(jià)格低廉線纜長(zhǎng)距離傳輸圖像的標(biāo)準(zhǔn) 即使是不同廠家的硬件和軟件，只要符合GigE Vision標(biāo)準(zhǔn)，也可以實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的千兆網(wǎng)連接第41頁(yè)/共51頁(yè)第四十二頁(yè)，共52頁(yè)。第42頁(yè)/共51頁(yè)第四十三頁(yè)，共52頁(yè)。Standard for Machine Vision !Standard for Machine Vision !Filter driverFilter driverWindows Standard GigE Window

13、s Standard GigE 第43頁(yè)/共51頁(yè)第四十四頁(yè)，共52頁(yè)。TCP/IPTCP/IPUDP UDP 連接面向連接非面向連接對(duì)系統(tǒng)資源的要求較多少傳輸模式流模式數(shù)據(jù)報(bào)模式數(shù)據(jù)的正確性保證數(shù)據(jù)的正確性UDP可能丟包數(shù)據(jù)順序保證數(shù)據(jù)順序UDP不保證GigE Vision是基于(jy)UDP協(xié)議的第44頁(yè)/共51頁(yè)第四十五頁(yè)，共52頁(yè)。CamPC1映像(yn xin)2ACK3映像(yn xin)4NACK5映像(yn xin)第45頁(yè)/共51頁(yè)第四十六頁(yè)，共52頁(yè)。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頁(yè)/共51頁(yè)第四十七頁(yè)，共52頁(yè)。第47頁(yè)/共51頁(yè)第四十八頁(yè)，共52頁(yè)。第48頁(yè)/共51頁(yè)第四十九頁(yè)，共52頁(yè)。CameraLinkCameraLinkUsb2.0Usb2.01394a1394a1394b1394bGigEGigE速度Base: 255MB/sFull: 680MB/s38MB/s32MB/s64MB/s100MB/s距離10m5m4.5m10m100m優(yōu)勢(shì)1.帶寬高2.有帶預(yù)處理功能的采集設(shè)備3.抗干擾能力強(qiáng)1.易用2.價(jià)格低3.多相機(jī)1.易用，價(jià)格低，多相機(jī)2.傳輸距離遠(yuǎn)，實(shí)際線纜可達(dá)到17.5m，光纖傳輸可達(dá)100m3.有標(biāo)準(zhǔn)DCAM協(xié)議