SNÍMÁNÍ OBRAZU. KAMEROVÉ SYSTÉMY pro 3. ročníky tříletých učebních oborů ELEKTRIKÁŘ. Petr Schmid listopad 2011



Podobné dokumenty
ATEsystem s.r.o. Kamery pro průmyslové aplikace. Vliv CCD snímače a optiky na kvalitu obrazu.

Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb. Teorie měření a regulace. snímače foto. p. 2q. ZS 2015/ Ing. Václav Rada, CSc.

Digitální fotografie

ATEsystem s.r.o. Kamery pro průmyslové aplikace

Teprve půlka přednášek?! já nechci

Fotoaparát a digitální fotografie

1. Snímací část. Náčrtek CCD čipu.

Optika v počítačovém vidění MPOV

Obrazové snímače a televizní kamery

Obrazové snímače a televizní kamery

Mikroskopická obrazová analýza

Počítačová grafika a vizualizace I

Makroskopická obrazová analýza pomocí digitální kamery

Úvod do moderní fyziky. lekce 9 fyzika pevných látek (vedení elektřiny v pevných látkách)

Vlastnosti digitálních fotoaparátů

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

SPŠS Č.Budějovice Obor Geodézie a Katastr nemovitostí 4.ročník DIGITÁLNÍ SNÍMEK DIGITÁLNÍ KAMERY A SKENERY

Digitální fotoaparáty vycházejí z principu klasického fotoaparátu na kinofilm. Hlavní rozdíl je ve snímacím prvku. U klasického fotoaparátu světlo

1 Elektronika pro zpracování optického signálu

Digitální fotografie

Zobrazovací technologie

TELEVIZNÍ ZÁZNAM A REPRODUKCE OBRAZU

Optoelektronické snímače fotodiodová pole, obrazové senzory CMOS

G4 CCD kamera. Uživatelská příručka

Způsoby realizace paměťových prvků

Obsah. Výběr digitálního fotoaparátu... 19

Obsah. Paměťové karty Druhy pamì ových médií Když karta nestaèí... 44

TRANZISTORY TRANZISTORY. Bipolární tranzistory. Ing. M. Bešta

Ne vždy je sběrnice obousměrná

Optoelektrické senzory, obrazové senzory CMOS pro vestavné systémy

Tiskárny. Tiskárny lze rozdělit na dvě základní skupiny: Kontaktní (Impaktní)

CCD KAMERY PRO SNÍMÁNÍ EXTRÉMNĚ SLABÝCH SVĚTELNÝCH ZDROJŮ Pavel Cagaš, Roman Cagaš, Jiří Kofránek

11-1. PN přechod. v přechodu MIS (Metal - Insolator - Semiconductor),

POROVNÁNÍ OBRAZOVÉ KVALITY ZÁZNAMU DIGITÁLNÍCH FOTOAPARÁTŮ

DUM 15 téma: Filtry v prostředí Gimp

Fotokroužek 2009/2010

Unipolární tranzistory

Mikroskopická obrazová analýza

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

5. Zobrazovací jednotky

Digitální fotoaparáty, základy digitální fotografie

Elektrotechnika a elektronika Elektrická výstroj vozidel Test. Ing. Jan Hurtečák

Externí filtrová kola pro kamery G2, G3 a G4

G3 CCD kamera. Uživatelská příručka

Digitální astronomická. fotografie. zimní semestr Radek Prokeš. FJFI ČVUT v Praze

BEZDOTYKOVÉ MĚŘENÍ TEPLOTY

Vítězslav Bártl. květen 2013

Elektrotechnická fakulta České vysoké učení technické v Praze. CCD vs CMOS. Prof. Ing. Miloš Klíma, CSc.

Praktická geometrická optika

Odrušení plošných spoj Vlastnosti plošných spoj Odpor Kapacitu Induk nost mikropáskového vedení Vlivem vzájemné induk nosti a kapacity eslechy

G3 CCD kamera. Uživatelská příručka

DIGITÁLNÍ FOTOAPARÁT. 1. Druhy fotoaparátu

Řádkové snímače CCD. zapsané v předmětu: Videometrie a bezdotykové měření, ČVUT- FEL, katedra měření, přednášející Jan Fischer

Teorie měření a regulace

Principy digitálního záznamu obrazu

optické přístroje a systémy

CW01 - Teorie měření a regulace

Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově. 07_3_Elektrický proud v polovodičích

Solární stavebnice New Generation. Obj. č.: Součásti solární stavebnice

Nedestruktivní defektoskopie

Michal Bílek Karel Johanovský. Zobrazovací jednotky

Polohovací zařízení. Počítačová myš

Akumulátory Bosch: Výhody pro podnikání s akumulátory

Zhotovení a úprava fotografií. 01 Digitální fotografie

λ hc Optoelektronické součástky Fotorezistor, Laserová dioda

Optika. Nobelovy ceny za fyziku 2005 a Petr Malý Katedra chemické fyziky a optiky Matematicko fyzikální fakulta UK

LED žárovky. Současnost a budoucnost patří LED žárovkám. Výhody LED žárovek. Nevýhody LED žárovek

Mikroskopická obrazová analýza větších částic

Nanotechnologie a jejich aplikace. doc. RNDr. Roman Kubínek, CSc.

Polovodičové prvky. V současných počítačových systémech jsou logické obvody realizovány polovodičovými prvky.

Městské víceleté gymnázium Klobouky u Brna. Digitální fotoaparáty

O. Zmeškal, O. Sedlák, M. Nežádal: Metody obrazové analýzy dat (5/2002)

Výukové texty. pro předmět. Měřící technika (KKS/MT) na téma. Základní charakteristika a demonstrování základních principů měření veličin

4. Optické senzory polohy

Variátor. Doutnavka. Zářivka. Digitron. Sensistor. Kompaktní Zářivka. Ing. Ladislav Fišer, Ph.D.: Druha prednaska. VA charakteristika

Elektronický psací stroj

Obsah. Historický vývoj Jednotlivé technologie 3D technologie Zobracovací zařízení Budoucnost

AHD-CI30K-xxx / AHD-VI50K-xxx

SNÍMAČE. - čidla, senzory snímají měří skutečnou hodnotu regulované veličiny (dávají informace o stavu technického zařízení).

Základy velkoplošného zobrazování. ČVUT FEL, listopad 2008

Stučný přehled toho co zde uslyšíte

SEMINÁŘ VISION CAFÉ 2015

ELEKTRICKÝ PROUD V PLYNECH

Videokamera, základy editace videa

F-OS-685Y. Barevná CCD kamera (stropní provedení)

Polovodičov. ové prvky. 4.přednáška

Paměťové prvky. ITP Technika personálních počítačů. Zdeněk Kotásek Marcela Šimková Pavel Bartoš

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Detekce světla. - křivka zčernání, expozice - světlocitlivá emulze, CCD - komprese signálu zrakovou dráhou. Detektory světla

2. kapitola: Přenosová cesta optická (rozšířená osnova)

SÍTOTISK A FOTOGRAFIE JAKO GRAFICKÉ TECHNIKY. David Hroník

Úvod do laserové techniky KFE FJFI ČVUT Praha Michal Němec, Energie elektronů v atomech nabývá diskrétních hodnot energetické hladiny.

Fotografie bez chemie. Digitální fotografie

EN-DBI20-xx / EN-DBJ30-xx

Kroužek elektroniky

Digitální fotografie. Mgr. Milana Soukupová Gymnázium Česká Třebová

Digitální fotografie. Mgr. Milana Soukupová Gymnázium Česká Třebová

Úvod, optické záření. Podkladový materiál k přednáškám A0M38OSE Obrazové senzory ČVUT- FEL, katedra měření, Jan Fischer, 2014

4.4.3 Galvanické články

FET Field Effect Transistor unipolární tranzistory - aktivní součástky unipolární využívají k činnosti vždy jen jeden druh majoritních nosičů

Transkript:

KAMEROVÉ SYSTÉMY pro 3. ročníky tříletých učebních oborů ELEKTRIKÁŘ SNÍMÁNÍ OBRAZU Petr Schmid listopad 2011 Projekt Využití e-learningu k rozvoji klíčových kompetencí reg. č.: CZ.1.07/1.1.10/03.0021 je spolufinancován z Evropského sociálního fondu a státního rozpočtu České republiky. 1

Snímání obrazu Základem kamery je senzor, který je jeden z určujících prvků výsledné kvality obrazu. Může být vyroben technologií CMOS (Complementary metal oxide semiconductor) nebo CCD (Charge-coupled device) Oba typy senzorů jsou založeny na dvourozměrném poli pixelů, kde každý z nich obsahuje světlocitlivý prvek - fotodiodu která je schopna přeměňovat část optického záření na elektrický signál (pro zjednodušení si jej můžete představit jako malý solární panel). Odlišnost není v konstrukci vlastního světlocitlivého pixelu, ale jen v následném zpracování signálu. CCD senzor používá sekvenční (postupné) vyčítání obsahu senzoru a potřebuje více elektroniky kolem vlastního senzoru. Naopak CMOS senzor má většinu elektroniky integrovánu přímo v sobě a tak jsou tyto senzory levnější a méně náročné na energii. CMOS senzorům se proto často říká Active-pixel sensor (APS). CMOS senzory však v minulosti trpěly nižší citlivostí na světlo a tím nižší kvalitou obrazu, v dnešní době je již tento handicap setřen novými technologiemi, např. BSI (viz. níže) Senzory mají analogový výstup, proto následuje A/D převodník, který toto analogové napětí převede do digitální formy pro další zpracování v obrazovém procesoru, který je dalším prvkem určujícím kvalitu obrazu. Příklad CCD čipu: Příklad CMOS čipu: Princip CCD senzoru - Na elektrody označené na obrázku číslem 1 se přivede kladné napětí a na CCD se nechá působit světlo. Dopadající fotony excitují (uvedou do vyšší energetické hladiny) v polovodiči elektrony, které jsou pak přitahovány ke kladně nabitým elektrodám. Po elektronech zbudou v polovodiči tzv. díry, které vůči svému okolí vykazují kladný náboj a ty jsou naopak přitahovány elektrodou na spodku CCD. Hranice pixelů jsou na obrázku znázorněny svislými tečkovanými čarami. Protože na pixel vlevo dopadlo více fotonů, je u jeho elektrody shromážděno více elektronů než u pixelu vpravo. Po uzavření závěrky se začne na elektrody 1, 2 a 3 přivádět trojfázový hodinový signál (existují i CCD se čtyřfázovým nebo naopak dvoufázovým čtením). To v praxi znamená, že na elektrodách 2 se začne pozvolna zvyšovat napětí, zatímco na elektrodách 1 se souběžně snižuje. Díky tomu jsou shluky elektronů přitahovány pod elektrody 2. Následně se celý děj opakuje mezi elektrodami 2 a 3, dále mezi 3 a 1 a tak stále dokola. Shluky elektronů z jednotlivých pixelů se tak posouvají přes sousední pixely směrem k výstupnímu zesilovači (na obrázcích vpravo). Tento zesilovač pak zesílí malý proud 2

odpovídající počtu nachytaných elektronů v jednotlivých pixelech na napěťové úrovně vhodné pro další zpracování obrazu. Expozice obrazu Snímání obrazu Výhody CCD kamery - vysoká životnost a spolehlivost - nízké provozní náklady - vysoká stálost optických a elektrických parametrů - vyloučení rizika vypálení nebo poškození při přesvětlení - snímání pohyblivých předmětů bez závoje bez geometrického zkreslení - odolnost proti magnetickému a elektrickému poli, vibracím a rázům 3

- dobrá citlivost v oblasti blízkého infraspektra CCD kameru volíme především podle rozlišovací schopnosti a citlivosti (odpovídající kvalitu musí mít i ostatní prvky daného videořetězce) CMOS senzor - Elektronika je integrována přímo v buňce senzoru, má svůj vlastní zesilovač a je přímo adresována a čtena (na rozdíl CCD, který je čten postupně). Protože elektronika zabírá část plochy buňky a snižuje tak citlivou část buňky, používají výrobci tzv. mikroobjektivy, které soustřeďují na tuto část více světla. Tím kompenzují obrazový šum, vznikající nutným vyšším zesílením, potřebným vzhledem k menší citlivé ploše buňky. Nová technologie BSI (Back Side Illumination) dokáže čipu dodat až o 60-90% více světla. U čipu s BSI je použita jiná technologie výroby, kdy jsou vodivé spoje a tranzistory umístěny až pod světlocitlivou vrstvou křemíkové plochy, u standardních CMOS snímačů jsou umístěny na této světlocitlivé ploše. Společnost Sony údajně optimalizovala fotodiodu a objektiv kvůli redukci šumu. Rovněž tak odstranila riziko vadných pixelů a zajistila redukci barevného spektra speciálním barevným filtrem. Díky unikátní struktuře této technologie tak společnost Sony vyvinula senzor CMOS. Rozteč pixelů by měla být 1,75µm a optický formát kolem 1/3,2 palců. 4

Ukázka rozdílu mezi starší technologií Front-illumination a novější Back-illumination Vývojová řada formátů čipů: 1" 16 9,6 11 2/3" 6,6 1/2" 1/3" 1/4" 8 4,8 6 3,6 2,7 12,8 8,8 6,4 4,8 3,6 Kontrolní otázky: 1) Vysvětli základní rozdíl mezi CCD a CMOS senzorem. 2) Popiš princip snímání obrazu CCD senzorem. 3) Jakou novou technologií se podstatně zlepšily vlastnosti CMOS senzoru? 5