圖像傳感器工作原理和攝像頭采樣機(jī)制及視頻采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)資料說明

　　圖像傳感器

　　工作原理圖像傳感器即攝像頭是組成機(jī)器視覺系統(tǒng)的非常重要的元器件。根據(jù)其原理不同分?jǐn)z像頭主要分為兩種：CCD（Charge Coupled Device）攝像頭，CMOS 攝像頭。CCD 也稱電耦合器件，其工作原理是：被攝物體反射光線到攝像頭上，經(jīng)過鏡頭聚焦到 CCD 感光芯片上，感光芯片根據(jù)光線的強(qiáng)弱積聚相應(yīng)電荷，經(jīng)周期性放電而產(chǎn)生表示圖像的電信號。CMOS 攝像頭其實(shí)跟 CCD 差不多，也是將光轉(zhuǎn)換成電信號的器件。它們的差異之處就是圖像的掃描方式不同，CCD 是采用連續(xù)掃描方式，即它只有等到最后一個(gè)像素掃描完成后才進(jìn)行放大；CMOS 傳感器的每個(gè)像素都有一個(gè)將電荷放大為電信號的轉(zhuǎn)換器。所以 CMOS 的功耗比 CCD 要小。由于 CMOS 功耗小，較 CCD 要便宜，而且圖像質(zhì)量滿足要求。

　　攝像頭采樣機(jī)制

　　攝像頭采樣機(jī)制 攝像頭采樣機(jī)制 攝像頭采樣機(jī)制攝像頭主要由鏡頭，圖像傳感芯片和外圍電路構(gòu)成。圖像傳感芯片又是其最重要的部分，攝像頭的指標(biāo)（如黑白或彩色，分辨率）就取決于圖像傳感芯片的指標(biāo)；該芯片要配以合適的外圍電路才能工作，將它們制作在一塊電路板上，稱為“單板”。若給單板配上鏡頭、外殼、引線和接頭，這就構(gòu)成了通常所見的攝像頭。攝像頭通常引出三個(gè)端子，一個(gè)為電源端，一個(gè)為地端，另一個(gè)就為視頻信號端（有的攝像頭多出一個(gè)端子，那是音頻信號端）。電源接多大要視具體的單板而定，目前而言，一般有兩種規(guī)格，6-9V，或9-12V。視頻信號的電壓一般不位于0.5V-2V 之間。攝像頭的主要工作原理是：按一定的分辨率，以隔行掃描的方式采樣圖像上的點(diǎn)，當(dāng)掃描到某點(diǎn)時(shí)，就通過圖像傳感芯片將該點(diǎn)處圖像的灰度轉(zhuǎn)換成與灰度成一一對應(yīng)關(guān)系的電壓值，然后將此電壓值通過視頻信號端輸出。具體而言（參見圖），攝像頭連續(xù)地掃描圖像上的一行，就輸出一段連續(xù)的電壓視頻信號，該電壓信號的高低起伏正反映了該行圖像的灰度變化情況。當(dāng)掃描完一行，視頻信號端就輸出一低于最低視頻信號電壓的電平（如0.3V），并保持一段時(shí)間。這樣相當(dāng)于，緊接著每行圖像對應(yīng)的電壓信號之后會(huì)有一個(gè)電壓“凹槽”，此“凹槽”叫做行同步脈沖，它是掃描換行的標(biāo)志。然后，跳過一行后（因?yàn)閿z像頭是隔行掃描的方式），開始掃描新的一行，如此下去，直到掃描完該場的視頻信號，接著就會(huì)出現(xiàn)一段場消隱區(qū)。此區(qū)中有若干個(gè)復(fù)合消隱脈沖（簡稱消隱脈沖），在這些消隱脈沖中，有個(gè)脈沖，它遠(yuǎn)寬于（即持續(xù)時(shí)間長于）其他的消隱脈沖，該消隱脈沖又稱為場同步脈沖，它是掃描換場的標(biāo)志。場同步脈沖標(biāo)志著新的一場的到來，不過，場消隱區(qū)恰好跨在上一場的結(jié)尾部分和下一場的開始部分，得等場消隱區(qū)過去，下一場的視頻信號才真正到來。攝像頭每秒掃描25 幅圖像，每幅又分奇、偶兩場，先奇場后偶場，故每秒掃描50 場圖像。奇場時(shí)只掃描圖像中的奇數(shù)行，偶場時(shí)則只掃描偶數(shù)行。