图像传感器工作原理和摄像头采样机制及视频采集系统软件设计资料说明

　　图像传感器

　　工作原理图像传感器即摄像头是组成机器视觉系统的非常重要的元器件。根据其原理不同分摄像头主要分为两种：CCD（Charge Coupled Device）摄像头，CMOS 摄像头。CCD 也称电耦合器件，其工作原理是：被摄物体反射光线到摄像头上，经过镜头聚焦到 CCD 感光芯片上，感光芯片根据光线的强弱积聚相应电荷，经周期性放电而产生表示图像的电信号。CMOS 摄像头其实跟 CCD 差不多，也是将光转换成电信号的器件。它们的差异之处就是图像的扫描方式不同，CCD 是采用连续扫描方式，即它只有等到最后一个像素扫描完成后才进行放大；CMOS 传感器的每个像素都有一个将电荷放大为电信号的转换器。所以 CMOS 的功耗比 CCD 要小。由于 CMOS 功耗小，较 CCD 要便宜，而且图像质量满足要求。

　　摄像头采样机制

　　摄像头采样机制 摄像头采样机制 摄像头采样机制摄像头主要由镜头，图像传感芯片和外围电路构成。图像传感芯片又是其最重要的部分，摄像头的指标（如黑白或彩色，分辨率）就取决于图像传感芯片的指标；该芯片要配以合适的外围电路才能工作，将它们制作在一块电路板上，称为“单板”。若给单板配上镜头、外壳、引线和接头，这就构成了通常所见的摄像头。摄像头通常引出三个端子，一个为电源端，一个为地端，另一个就为视频信号端（有的摄像头多出一个端子，那是音频信号端）。电源接多大要视具体的单板而定，目前而言，一般有两种规格，6-9V，或9-12V。视频信号的电压一般不位于0.5V-2V 之间。摄像头的主要工作原理是：按一定的分辨率，以隔行扫描的方式采样图像上的点，当扫描到某点时，就通过图像传感芯片将该点处图像的灰度转换成与灰度成一一对应关系的电压值，然后将此电压值通过视频信号端输出。具体而言（参见图），摄像头连续地扫描图像上的一行，就输出一段连续的电压视频信号，该电压信号的高低起伏正反映了该行图像的灰度变化情况。当扫描完一行，视频信号端就输出一低于最低视频信号电压的电平（如0.3V），并保持一段时间。这样相当于，紧接着每行图像对应的电压信号之后会有一个电压“凹槽”，此“凹槽”叫做行同步脉冲，它是扫描换行的标志。然后，跳过一行后（因为摄像头是隔行扫描的方式），开始扫描新的一行，如此下去，直到扫描完该场的视频信号，接着就会出现一段场消隐区。此区中有若干个复合消隐脉冲（简称消隐脉冲），在这些消隐脉冲中，有个脉冲，它远宽于（即持续时间长于）其他的消隐脉冲，该消隐脉冲又称为场同步脉冲，它是扫描换场的标志。场同步脉冲标志着新的一场的到来，不过，场消隐区恰好跨在上一场的结尾部分和下一场的开始部分，得等场消隐区过去，下一场的视频信号才真正到来。摄像头每秒扫描25 幅图像，每幅又分奇、偶两场，先奇场后偶场，故每秒扫描50 场图像。奇场时只扫描图像中的奇数行，偶场时则只扫描偶数行。