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三分鐘教你快速選擇機器視覺傳感器

2016年05月25日 14:18 國際工業(yè)自動化 作者:佚名 用戶評論(0

  目前,如何選擇機器視覺傳感器在當代的應用可謂是越來越廣泛,如何選擇機器視覺傳感器是值得我們好好學習的,現(xiàn)在我們就深入了解如何選擇機器視覺傳感器。

  相機是機器視覺系統(tǒng)的眼睛,而相機的心臟是圖像傳感器。傳感器的選擇取決于準確性、輸出、靈敏度、機器視覺系統(tǒng)的成本以及對應用要求的充分理解。對傳感器主要性能的基本理解能夠幫助開發(fā)人員迅速縮小他們的查找范圍,找到合適的傳感器。

  大多數(shù)的機器視覺系統(tǒng)的用戶認識到相機是系統(tǒng)的關鍵要素,經(jīng)常把它當作視覺系統(tǒng)的“芯片”。相機本身是一個復雜的系統(tǒng):包括鏡頭、信號處理器、通訊接口,以及最核心的部分——把光子轉換成電子的器件:圖像傳感器。鏡頭和其它的部件共同配合來支持相機的功能,傳感器最終決定相機的最高性能。

  業(yè)內的許多討論都集中在加工技術上,以及CMOS和CCD傳感器孰優(yōu)孰劣。這兩種技術都有其優(yōu)勢和不足之處,所加工的傳感器有著不同的性能。最終用戶關心的不是傳感器是“如何”被制造出來的,而是其在最終應用中的表現(xiàn)。

  在指定的應用中,三個關鍵的要素決定了傳感器的選擇:動態(tài)范圍、速度和響應度。動態(tài)范圍決定系統(tǒng)能夠抓取的圖像的質量,也被稱作對細節(jié)的體現(xiàn)能力。傳感器的速度指的是每秒鐘傳感器能夠產(chǎn)生多少張圖像和系統(tǒng)能夠接收到的圖像的輸出量。響應度指的是傳感器將光子轉換為電子的效率,它決定系統(tǒng)需要抓取有用的圖像的亮度水平。傳感器的技術和設計共同決定上述特征,因此系統(tǒng)開發(fā)人員在選擇傳感器時必須有自己的衡量標準,詳細的研究這些特征,將有助于做出正確的判斷。

  正確理解動態(tài)范圍

  傳感器的動態(tài)范圍是最容易使人疑惑和誤解的地方,這是因為機器視覺系統(tǒng)是數(shù)字的。圖像的動態(tài)范圍包括兩部分:一是傳感器能夠工作的曝光范圍(亮度的倍數(shù));其次是傳感器能夠數(shù)字化像素信號的電平的數(shù)量,用位數(shù)表示。這兩部分通常是緊密相關的。

  曝光的動態(tài)范圍表示傳感器能夠正常工作的亮度水平。當光子撞擊圖像傳感器的活動像素區(qū)域時產(chǎn)生電子,傳感器將其捕獲并存儲起來以備系統(tǒng)讀取。撞擊活動區(qū)域的光子數(shù)越多,產(chǎn)生的電子數(shù)就越多,在讀取的間隔中,該過程持續(xù)的時間越長,被存儲的電子就越多。決定傳感器曝光動態(tài)范圍的參數(shù)之一就是填充存儲阱的曝光。制造傳感器的半導體加工工藝和電路設計共同決定阱的容量或深度。

  電子噪音是傳感器能夠工作的最低曝光水平,盡管沒有任何光子撞擊活動的像素區(qū)域,圖像傳感器也將以熱量發(fā)射的形式產(chǎn)生電子。要產(chǎn)生可識別的信號,必須有足夠的光子撞擊活動的像素區(qū)域,以便在存儲阱中有比暗電流噪音所產(chǎn)生的電子數(shù)更多的電子。傳感器的最低曝光率是產(chǎn)生至少與噪音電子同樣多的光電子數(shù)。只有在超過噪音等量的曝光水平時,傳感器才能產(chǎn)生有用的信息。

  傳感器的曝光動態(tài)范圍是由其物理和電路設計所決定的功能,而數(shù)字動態(tài)范圍只是由電路設計所決定的功能。圖像傳感器的數(shù)字動態(tài)范圍只是說明它能夠提供給視覺系統(tǒng)的明顯的曝光值。8位的傳感器有256個灰度級,10位的有1024個,以此類推。表示動態(tài)范圍的位數(shù)并不是反映傳感器能夠響應的最高曝光的必須要素,但是這兩者通常是相對應的。

  比暗電流噪音水平小的等量的信號度不能產(chǎn)生有用的信息,類似地,如果數(shù)字化值大于傳感器的最大信號值,也不會產(chǎn)生額外的信息。在實踐中,傳感器需要設計成等量信號度與暗電流噪音水平等值,并有足夠信號步進度達到飽和的曝光信號水平。按此方式設計,傳感器的數(shù)字動態(tài)范圍與其曝光動態(tài)范圍說明的是同一事物:飽和等量曝光與噪音等量曝光的比率。

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( 發(fā)表人:林錦翔 )

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