Optoelektronické senzory. Optron Optický senzor Detektor spektrální koherence Senzory se CCD prvky Foveon systém

Transkript

1 Optoelektronické senzory Optron Optický senzor Detektor spektrální koherence Senzory se CCD prvky Foveon systém

2 Optron obsahuje generátor světla (LED) a detektor optické prostředí změna prostředí změna podmínek pro přenos signálu lze dekovat

3 Optický senzor Detektor spektrální koherence generátor světla (IR diody, polovodičový laser) snímač (Fototranzistor na bázi GaAs/AlGaAs s filtrem) zrcadlo nad detektorem je ovládáno obvody měnit vzdálenost až do 5 µm planární optické senzory a detektory detekce chemických látek

4 Senzory se CCD prvky matici fototranzistorů ucelený obraz objeveny 1969 v Bellových laboratořích Charge-Coupled Device fotony vyrazí z buňky určité množství elektronů vyražených slabším nebo mocnějším množstvím fotonů, přicházejících z méně nebo více osvětleného snímaného obrazu. Vygenerované elektrony vytváří elektrický náboj vbuňkách.

5 CCD senzor kapacitor realizovaný technologií MOS elektrody kapacitoru jsou transparentní, tvořeny dobře vodivým polykrystalickým křemíkem na straně příchodu fotonů a vrstvou Si (P, N) na straně odvrácené dielektrikum je vrstva SiO 2 (potenciálová jáma) zachycuje elektrony asi 40 tisíc elektronů na ploše 9x9µm SiO 2 hν + Φ - Polykrystalický transparentní Si Ochuzená vrstva P

6 CCD senzor PN přechod spočívá ve vytvoření ochuzené vrstvy vprostoru přechodu přenos náboje zbuňky se provádí registrem transport náboje v objemu polovodiče registry CID (Charge Injection Device) Φ hν + - hν N Ochuzená vrstva P

7 CCD senzor dopad světla velikost elektrického náboje převedena na napětí převodníkem A/D číselná hodnota ve dvojkové soustavě dnes se užívají vylepšené prvky zesilující intenzitu světla ICCD (Intensified CCD) EMCCD (Electron-Multiplying CCD)

8 CCD senzor CCD prvky převádí snímaný obraz na elektrický signál. obraz je tvořen z bodů (pixelů) jeden čip (1/3 2 ) může obsahovat 1 5 miliónů CCD senzorů. náboj v buňkách se měří (skenuje) po řadách. měří intenzitu světla pouze černobílý obraz.

9 Jak získat barevný obraz? ke každé buňce je vytvořen filtr základní barvy RGB (červená, zelená, modrá) každá trojice je ve vzájemném poměru schopna vyjádřit libovolnou barvu spektra buňky se organizují do čtveřic zelený filtr je obsažen dvakrát. velikost elektrického náboje závisí na intenzitě i barevném složení procesor takto získá první informace o barevné teplotě paprsků, dopadajících na jednotlivé buňky CCD

10 Metoda vyhodnocování čtveřic procesor vyhodnocuje informaci z 9 čtveřic vyhodnocování 1 čtveřice 2 čtveřice (2 buňky jsou společné s první čtveřicí) atd. postupně se vyhodnotí čtyři úplné čtveřice (9 CCD buněk) hodnoty pro čtyři barevné pixely Informace z každé buňky se posuzuje několikrát vzhledem k jejím sousedům. krajní buňky nelze, obrázek nemá tolik pixelů, kolik je buněk na CCD čipu

11 Zpracování informací ze CCD čtení náboje - buňky jsou proloženy pomocnými registry ( prokládaný interlaced sken) náboj buňka pomocný registry hlavní registr zesilovač A/D převodník procesor FTD (Frame Transfer Device) náboje přecházejí najednou do přenosového registru náboje (Charge Shift Register) pak je CCD prvek opět přichystaný k další expozici FTD CCD prvky jsou dražší, mají lepší zobrazovací schopnosti

12 SuperCCD lidské oko citlivěji vnímá vertikály a horizontály, než diagonály (úhlopříčky) struktura CCD posunuta o 45 stupňů umožnilo stisknout prvky více k sobě rozlišení se jeví 1.6 až 2.3 krát větší SuperCCD obsahuje mikročočky vyšší citlivost rychlejší načítání informace (rychlost 30 snímků za vteřinu ve velikém rozlišení)

13 Foveon systém Nový revoluční obrazový senzor Foveon X3 senzory jsou ve třech vrstvách nad sebou s postupným filtrem RGB světlo o různé vlnové délce proniká do různé hloubky křemíkových vrstev všechny tři barevné kanály jsou kompletní, bez interpolace