相机和技术视觉

Содержание и основные понятия

按目录排列
第20.3章
相机和技术视觉
感应器 拜耳过滤器 动态射程 工业摄影机 3D扫描仪
当相机看到图像时
数字相机将光转换成电信号
传感器
每个感应像素测量光的强度, 但不测量颜色 。
Bayer 过滤器
.
CMOS(CMOOS)
活动像素感应器是有自己的晶体管放大器的像素。
能源效率
:消费~100兆瓦(《防治荒漠化公约》=2 W)。 消费者商会和行业主导着更快阅读(滚动百叶窗)。
CMOS 能源效率10 - 20 * 高于CMOC摄像头能够从电池中运行数小时
《防治荒漠化公约》
电荷加载愿景是一种像素充电,从矩阵上传到部队的边缘。
高图像质量
:低噪音,高平衡,用于科学室,天文学,准确性很重要,而不是能源消耗。
CCD仍然用于科学应用:天文学、微观学、光谱测量。
传感器像素结构
像素( 象石) 是元素序列 。
微粒子
→
🎨 Color filter (Bayer)
→
☀️ Photodiode
→
⚡ Capacitor
→
📡 Readout circuit
Pixel size
是微米(um)中的轻敏感电池的大小。
典型值:0.8微米(智能手机)、1.4-2.4微米、3.9微米[工业]
公式 :
大像素 更轻 少噪音 更好的低光
示例:
48 MP 像素传感器0.8微米对12 MP,1.9微米像素
ISO 3200:
12部MP摄影机更好
- 大像素收集更多光光
💡
光线通过透镜到传感器的路径
穿过相机镜头的光束模式
收到
射线
透镜元素
冷冻
RGB Pixel Sensor
R
G
B
G
R
G
红束 R - supppixel 绿束 G -Sub- pixelle 蓝束 B - 子像素
●
红色光束穿过镜头 击中R像素
●
绿光( x2) 是最大眼敏度
●
蓝色光束穿过拜耳过滤器
📷
微晶体将光点聚焦在光底上
⚡
光迪—— 相机“ 采光” 光的像素
光频工作原则(次像素元素)
P型型
(积极承运人)
+
+
+
+
+
N型型
(负承运人)
−
−
−
−
−
贫困区
(depletion region)
光子
+
−
+
−
+
−
3.3V
DC
A
仪表仪
反转
光如何变成信号?
1.
像素中有两层:
P型型
(有孔 -- -- 可能存在电子的地方)和
N型型
两者之间的边界就是它们之间的边界。
2.
当光线(fotons)击中边界时,它把电子踢出原子。
3.
边界上的电场将他们分隔开来:电子单向,孔向另一方向。
电电流电流
.
4.
光越亮,电子孔对越多,电流越大。通过测量这个电流,相机决定
亮度和颜色
像素上的光线
●
动画:黄色点——光光光的光子朝p-n过渡方向移动
●
绿色粒子-沿链条运行的电子(以创造洋流)
●
紫色区域-P型(阳性载体)、红-N型(阴性)
⚡
光越大,电流越强,图像像素越亮
🎨
Bayer过滤器:一个感应器的颜色如何工作?
每个传感器像素都有一个单一的彩色光过滤器(R、G或B)。绿色过滤器的尺寸是眼睛对绿色比较敏感的两倍。 Demsaising(内插)恢复每个像素的全RGB。
■ R
- 红过滤器只错过红光谱
■ G
- 绿色(x2, 半像素) - 最大灵敏度
■ B
- 蓝色过滤器
RGGB模式(正常) BGGR、GRB、CYGM(候补)
按键相机特点
动态范围 (DR)
最大噪音比信号:DR = 20微克
10
典型值:60-80 dB(消费者),90+ dB (科学)。《人类发展报告》屏幕~ 10,000:1 = ~ 80 db。阴影和灯光中的细节越高。
公式:DR(dB)~6.02×N+1.76,其中N是ATP 12位的细菌~75位dB。
ISO和噪音
ISO
ISO越高,图像越明亮,光线越弱,但噪音越大(谷物)。
Base ISO
传感器响应 *#HDR 模式:数个ISO和一个磁带。
Sony A7S III:ISO 最高为409600。 iPhone:智能人类发展报告,其接触量自动减少。
Megapixeli: 实际效率与效率
有效的MP
影片其实是用来拍摄的
更多议员
并非总是更好:像素变得比光下的噪音小。 20x30厘米足以打印8-12 MP。 50+MP是大指纹或复印机。
Canon EOS R5: 45 个MP,但只有中央~ 17 MP x1.6 用于制作视频 4K
机器幻影
工业自动化照相机:
Area scan
(2D平立图像)和
Line scan
接口:USB3愿景、Gige愿景、CoaXpress。许可证:VGA至150 MP。
线扫描相机:连续磁带4 096像素、120千赫像素/秒~5亿像素
ISO 100
噪音:2e-
ISO 800
噪音: 6e-
ISO 3200
噪音:18e-
ISO 12800
噪音:45e-
频谱范围
UV 紫
10 - 400纳米
紫色 紫红色 紫紫色
蓝蓝色
绿绿色
红色红
橙色。
ICC 国际会议
700-1000纳米
热量摄影
>1000纳米
紫外线
可见(380-700纳米)
红外线(700-1000纳米)
热量摄影 (>1000纳米)
适用
紫外线 :
法证 荧光 绝育
Vis:
这只是一张照片, 自动聚焦图片。
国家清单报告(一):
夜视、农业(NDVI)。
Thermal:
热感应器 工业控制器 消防安全
3D扫描
📡 Structured Light (Structured Light 3D)
投影器显示
结构化壁橱
摄像头查看路由器的扭曲,立体三角图: 准光蜡计算深度。 精确度: 最高为 10 微米( 实验室系统) 。
Kinect v1: 结构化的光, iPhone脸识别码: 30,000 IC点的Paternus角。
⏱️ Time of Flight (ToF)
发射者发出光脉冲,测量
返回时间
分辨率取决于定时器(~ picoconps) 的精确度。 现代 ToF 相机: 640x480, 准确度~1-5毫米, 距离可达5米。
在LiDAR(自治汽车)、AR(iPhone LiDar)、工业计量学中都使用 ToF。
相机特征比较
参数
智能电话(iPhone 15)
(第A7IV号)
工业(Basler acA4096)
防热警戒(FLIR T640)
传感器类型
CMOS BSI
CMOS Exmor R
CMOS
微气压计
授权授权
48 MP (12 MP 效果)。
33 MP 33 蒙特利尔议定书
12 MP 12
640×480
像素大小
0.8 微米
5.1 毫米
3.45微米
17 微米
ISO 范围
100–25600
100–51200
—
—
Bit depth
10 - 12 位数
14 位 RAW
8 - 12 位数
14 位数
动态范围
~12 EV
~15 EV
~60 dB
~70 dB
界面界面
Internal
PCIe / Wi-Fi
USB3 / GigE
USB3 / HDMI
工作人员的频率
60 fps (4K)
30 fps (4K)
30 fps
30 fps
价格价格价格
联合国经费分摊比额表 联合国经费分摊比额表
~200 000 ₽
~80 000 ₽
~500 000 ₽
🎯
小型试验:5个问题
XP: 0