机器视觉系统的最大特点之一是被监控物体是运动的,要清晰地获取运动物体,就须要减少CCD的曝光韶光ttotal,并且什么韶光开始曝光该当是可控的,该当根据物体运动至视场FOV中心的韶光来确定。
6-6-1 逐行扫描
第3-1-3节已先容了CCTV隔行电视旗子暗记的扫描办法(图3-1和图3-2)。这种扫描办法的CCD的曝光韶光见图6-11,图中未对曝光进行掌握,图6-11(b)表示奇、偶场的曝光韶光,图6-11(c)表示光敏像元曝光结束,转移栅用传送脉冲将像元电荷转移至电荷移位寄存器,这个传送脉冲很短,它同时对所有的像元作这种转移。转移结束后,光敏像元又可以对了局图像进行曝光,同时,电荷移位寄存器将代表图像的 电荷阵列逐行移出,并转换成视频电压输出,见图6-11(d)。
从图6-11可以看出,奇偶场图像的曝光期间是交错的,以是,它获取的不是运动物体在同一韶光段曝光的图像。奇偶场图像合并在一起时,形成了所谓的运动撕裂,图6-12,在机器视觉系统中,这种失落真是很严重的。
肃清这种失落真的最有效的办法是逐行扫描,逐行扫描摄像头可以和CCTV摄像头一样具有相同的分辨率,但扫描办法不是隔行的,而是逐行的。
将CCD做成隔行或者逐行扫描,比起真空管摄像头来随意马虎多了,它的曝光、转移和视频输出见图6-13,从图中可以看出它们之间的动作就大略多了,所有像元不分奇偶行,同时曝光,视频输出和曝光韶光相差一帧韶光。
6-6-2 电子快门
图6-11和图6-13所示的CCD曝光韶光都持续了一帧韶光,这长长的曝光韶光,使速率快的运动物体模糊了,以是应根据物体的运动速率改变曝光韶光,也便是可变的电子快门。CCD摄像头快门曝光的时序见图6-14,图中的曝光韶光基本连续可调, 从10微秒至几十毫秒。曝光期间紧挨在转移脉冲前面,也可以说转移脉冲结束了曝光。
我们必须把稳,电子快门的曝光韶光的变革,仅仅改变了CCD光敏像元对外来光的感合时光,但不会改变CCD内在的视频读出扫描过程和周期。
电子快门的调节可以用CCD摄像头上的开关组合来实现,也可以通过CCD摄像头上的串行总线来掌握。这种非机器式的、具有很大的灵巧性的快门掌握,给视觉系统带来了极大的好处。
对付运动物体来说,快门韶光越短,所获取的图像越精确,即越不模糊,但过短的曝光韶光会使光照强度大大提高,给光照技能带来很大的困难,以是应选择得当的快门韶光。快门韶光与物体的大小、运动速率、物体至镜头的间隔等成分有关,特殊是和机器视觉系统对获取图像的精度哀求有关,精度以像元为单位,例如一个、两个或者1/2个像元精度。
当偏差精度为1个像元时,像元的尺寸
P=T×V×PMAG
式中:
P:像元尺寸 O:物体宽度尺寸
V:物体运动速率 PMAG:放大倍数
T:曝光韶光 L:芯片的宽度尺寸
若物体的宽度尺寸为1米,运动速率为每秒1米,像元尺寸为0.62μm,1/2英寸CCD,其宽度为6.4mm,则快门韶光应短于:
6-6-3 可重新设置的外触发非同步扫描
获取运动物体除了使图像模糊外,还有一个要办理的问题,便是当物体运动至视场(FOV)的中央时,对其进行曝光。而摄像头有自己的扫描周期,它没有和运动物体同步,若按摄像头本身的周期作曝光、转移、输出视频,则极有可能定位不准。这就哀求当物体进入视场FOV中央时,发出一个触发脉冲,摄像头中止当前的事情,重新开始曝光、转移和输出视频的扫描过程,图6-15演示了这一过程,当外触发脉冲涌现后,摄像头强制中止目前的扫描,重新设置新的一帧扫描开始,先后启动曝光、电荷转移、视频输出等动作。
CCD摄像头的外触发启动有两种办法:
6-6-3-1 异步办法
CCD平时处于等待状态,只有主振和行振荡器事情,忽略频输出,外触发来到后,CCD启动扫描,输出一帧图像,见图6-16(a),外触发脉冲来到后,从下一个行同步头开始一帧图像扫描,即开始曝光、电荷转移、视频输出等动作。
6-6-3-2 可重置办法
CCD按自己的周期事情,并输出视频旗子暗记,外触发来到后,CCD中止目前的动作,重新启动,开始新的一帧扫描,见图6-16(b)。
这两种启动办法的CCD摄像头的主振或者行同步都不会因外触发脉冲的到来而中止,它们按自己固有的周期事情,当外触发脉冲涌现后,并不是立时启动摄像头事情,而是等待下一个完全的行同步头或者主时钟上升沿才启动新的一帧扫描,以是CCD的启动按两种办法延迟——行周期和主时钟周期,见图6-17。行同步办法从外触发至帧扫描开始的延时为0至一行的周期,例如64μs(假设为CCTV),而点同步办法的延时为0至CCD主时钟周期,例如67ns。可以看出,点同步办法的延时偏差小多了。当然,点触发办法对摄像头的设计哀求较高。
6-6-4永劫光曝光
一样平常CCD的曝光韶光最长不超过一帧周期。和为了获取运动图像而利用CCD的电子快门的目的相反,在光芒不敷的情形下,为了使图像更清晰,利用大于一帧周期的曝光韶光,称作长周期积分(Long term Integration,LTI),来累积光电荷,提高旗子暗记,抑制噪音。当然,其条件是在累积期间目标的运动很小或静止。LTI光累积的事情时序见图6-18,图6-18(a)为隔行扫描,图6-18(b)为逐列扫描时的累集曝光时序图。累积的最大韶光受热噪音的限定,一样平常不大于3秒。一样平常用于机器视觉的摄像头大多具有LTI的标准事情办法。
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