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1、中国科学技术大学自动化系中国科学技术大学自动化系中国科学技术大学自动化系中国科学技术大学自动化系汪汪汪汪 增增增增 福福福福图像测量技术图像测量技术图像测量技术图像测量技术第三章第三章第三章第三章 图像测量系统图像测量系统图像测量系统图像测量系统第三章第三章第三章第三章 图像测量系统图像测量系统图像测量系统图像测量系统n nn 图像测量系统概述图像测量系统概述图像测量系统概述图像测量系统概述 n nn 图像传感器图像传感器图像传感器图像传感器n nn 相机的几何标定相机的几何标定相机的几何标定相机的几何标定n nn 相机的光学标定相机的光学标定相机的光学标定相机的光学标定图像测量系统概述图像测
2、量系统概述图像测量系统概述图像测量系统概述 照明照明照明照明图像采集图像采集图像采集图像采集图像处理图像处理图像处理图像处理结果输出结果输出结果输出结果输出图像存储图像存储图像表示图像表示焦距，焦距，焦距，焦距，光圈，光圈，光圈，光圈，放大率，放大率，放大率，放大率，姿态等姿态等姿态等姿态等输入参数输入参数控制控制A/DA/D变换变换强度强度强度强度,构造等构造等构造等构造等图图 像像 处处 理理照明控制照明控制图像传感器的组成图像传感器的组成图像传感器的组成图像传感器的组成uu采采采采样样样样孔孔孔孔：使使使使数数数数字字字字化化化化器器器器能能能能够够够够单单单单独独独独观观观观测测测测特
3、特特特定定定定的的的的图图图图像元素而不受图像其它部分的影响。像元素而不受图像其它部分的影响。像元素而不受图像其它部分的影响。像元素而不受图像其它部分的影响。uu图图图图像像像像扫扫扫扫描描描描机机机机构构构构：使使使使采采采采样样样样孔孔孔孔按按按按照照照照选选选选定定定定的的的的方方方方式式式式在在在在图图图图像像像像上上上上移移移移动动动动，从从从从而而而而按按按按照照照照一一一一定定定定的的的的顺顺顺顺序序序序对对对对图图图图像像像像的的的的像素进行观测。像素进行观测。像素进行观测。像素进行观测。uu光光光光传传传传感感感感器器器器：将将将将被被被被观观观观测测测测像像像像素素素素处处
4、处处的的的的光光光光强强强强转转转转换换换换为为为为电电电电压或电流信号，完成光电转换功能。压或电流信号，完成光电转换功能。压或电流信号，完成光电转换功能。压或电流信号，完成光电转换功能。uu量量量量化化化化器器器器：将将将将传传传传感感感感器器器器输输输输出出出出的的的的连连连连续续续续电电电电量量量量转转转转化化化化为为为为整整整整数值。数值。数值。数值。uu图图图图像像像像帧帧帧帧存存存存储储储储器器器器：将将将将量量量量化化化化器器器器产产产产生生生生的的的的灰灰灰灰度度度度值值值值按按按按照照照照一定的格式存储起来，以用于后续的处理。一定的格式存储起来，以用于后续的处理。一定的格式存
5、储起来，以用于后续的处理。一定的格式存储起来，以用于后续的处理。图像传感器的性能图像传感器的性能图像传感器的性能图像传感器的性能nn 像素大小像素大小像素大小像素大小nn 图像大小图像大小图像大小图像大小nn 被测的局部特征被测的局部特征被测的局部特征被测的局部特征nn 线性度线性度线性度线性度nn 噪声噪声噪声噪声 像素的物理尺寸像素的物理尺寸像素的物理尺寸像素的物理尺寸 相邻像素的间距相邻像素的间距相邻像素的间距相邻像素的间距 允许输入的范围允许输入的范围允许输入的范围允许输入的范围 输出的像素数输出的像素数输出的像素数输出的像素数 物理参数物理参数物理参数物理参数反射率反射率反射率反射率
6、透射率透射率透射率透射率 图像灰度和辐射照度图像灰度和辐射照度图像灰度和辐射照度图像灰度和辐射照度 读出噪声读出噪声读出噪声读出噪声 光子噪声光子噪声光子噪声光子噪声图像传感器的类型图像传感器的类型图像传感器的类型图像传感器的类型nn 并入串出并入串出并入串出并入串出nn 并入并出并入并出并入并出并入并出nn 串入串出串入串出串入串出串入串出nn 串入并出串入并出串入并出串入并出图像传感器的基本组件图像传感器的基本组件图像传感器的基本组件图像传感器的基本组件nn 光源光源光源光源 白炽灯白炽灯白炽灯白炽灯 激光器激光器激光器激光器 荧光物质荧光物质荧光物质荧光物质 发光二极管发光二极管发光二极
7、管发光二极管图像传感器的基本组件图像传感器的基本组件图像传感器的基本组件图像传感器的基本组件nn 光传感器光传感器光传感器光传感器 光传感器的工作基础是光电效应光传感器的工作基础是光电效应光传感器的工作基础是光电效应光传感器的工作基础是光电效应光光光光电电电电效效效效应应应应 一一一一些些些些金金金金属属属属、金金金金属属属属氧氧氧氧化化化化物物物物、半半半半导导导导体体体体材料在光的照射下释放电子的现象。材料在光的照射下释放电子的现象。材料在光的照射下释放电子的现象。材料在光的照射下释放电子的现象。外外外外光光光光电电电电效效效效应应应应（光光光光电电电电发发发发射射射射效效效效应应应应）：
8、物物物物体体体体在在在在光光光光的的的的作作作作用用用用下，其中的电子从物体表面逸出的现象。下，其中的电子从物体表面逸出的现象。下，其中的电子从物体表面逸出的现象。下，其中的电子从物体表面逸出的现象。内内内内光光光光电电电电效效效效应应应应：当当当当物物物物体体体体在在在在光光光光的的的的作作作作用用用用下下下下所所所所释释释释放放放放的的的的电电电电子子子子不不不不逸逸逸逸出出出出物物物物体体体体表表表表面面面面，而而而而只只只只是是是是在在在在物物物物体体体体的的的的内内内内部部部部运运运运动动动动并并并并使使使使其电特性发生变化的现象。其电特性发生变化的现象。其电特性发生变化的现象。其电
9、特性发生变化的现象。光电导效应光电导效应光电导效应光电导效应 光生伏特效应光生伏特效应光生伏特效应光生伏特效应图像传感器的基本组件图像传感器的基本组件图像传感器的基本组件图像传感器的基本组件nn 光传感器光传感器光传感器光传感器光光光光电电电电导导导导效效效效应应应应：当当当当半半半半导导导导体体体体材材材材料料料料受受受受到到到到光光光光照照照照时时时时，如如如如果果果果入入入入射射射射光光光光子子子子的的的的能能能能量量量量大大大大于于于于其其其其禁禁禁禁止止止止带带带带宽宽宽宽，则则则则半半半半导导导导体体体体内内内内载载载载流流流流子子子子数数数数目目目目增增增增多多多多，这这这这将将
10、将将导导导导致致致致半半半半导导导导体体体体电电电电导导导导率率率率的的的的改改改改变变变变，从从从从而而而而使使使使半半半半导导导导体体体体的的的的电阻减小。电阻减小。电阻减小。电阻减小。光光光光生生生生伏伏伏伏特特特特效效效效应应应应：当当当当半半半半导导导导体体体体的的的的PNPNPNPN结结结结受受受受到到到到光光光光照照照照时时时时，如如如如果果果果入入入入射射射射光光光光子子子子的的的的能能能能量量量量大大大大于于于于其其其其禁禁禁禁止止止止带宽，则在带宽，则在带宽，则在带宽，则在PNPNPNPN结两侧会产生光生电动势结两侧会产生光生电动势结两侧会产生光生电动势结两侧会产生光生电动
11、势。图像传感器的成像单元图像传感器的成像单元图像传感器的成像单元图像传感器的成像单元nn 光传感器光传感器光传感器光传感器光电管光电管光电管光电管光电倍增管光电倍增管光电倍增管光电倍增管当入射光照射到阴极上时，阴当入射光照射到阴极上时，阴当入射光照射到阴极上时，阴当入射光照射到阴极上时，阴极会发射出电子，由于阳极的极会发射出电子，由于阳极的极会发射出电子，由于阳极的极会发射出电子，由于阳极的电位比阴极高，阳极便会收集电位比阴极高，阳极便会收集电位比阴极高，阳极便会收集电位比阴极高，阳极便会收集阴极发射出来的电子，并在光阴极发射出来的电子，并在光阴极发射出来的电子，并在光阴极发射出来的电子，并在
12、光电管回路中形成电流，该电流电管回路中形成电流，该电流电管回路中形成电流，该电流电管回路中形成电流，该电流在负载电阻上产生输出电压。在负载电阻上产生输出电压。在负载电阻上产生输出电压。在负载电阻上产生输出电压。在入射的频谱成分和光电管电在入射的频谱成分和光电管电在入射的频谱成分和光电管电在入射的频谱成分和光电管电压不变的条件下，输出电压与压不变的条件下，输出电压与压不变的条件下，输出电压与压不变的条件下，输出电压与入射光通量成正比。入射光通量成正比。入射光通量成正比。入射光通量成正比。当当当当电电电电子子子子或或或或光光光光子子子子以以以以足足足足够够够够大大大大的的的的速速速速度度度度轰轰轰
13、轰击击击击金金金金属属属属表表表表面面面面时时时时，会会会会使使使使金金金金属属属属表表表表面面面面的的的的电电电电子子子子逸逸逸逸出出出出金金金金属属属属表表表表面面面面。这这这这种种种种逸逸逸逸出出出出金金金金属属属属表表表表面面面面的的的的电电电电子子子子叫做次生电子。叫做次生电子。叫做次生电子。叫做次生电子。光光光光电电电电倍倍倍倍增增增增管管管管的的的的光光光光电电电电转转转转换换换换过过过过程程程程：当当当当入入入入射射射射光光光光的的的的光光光光子子子子打打打打在在在在光光光光电电电电阴阴阴阴极极极极上上上上时时时时，光光光光电电电电阴阴阴阴极极极极发发发发射射射射出出出出电电电
14、电子子子子，该该该该电电电电子子子子流流流流又又又又会会会会打打打打在在在在比比比比光光光光电电电电阴阴阴阴极极极极电电电电位位位位高高高高的的的的第第第第一一一一倍倍倍倍增增增增极极极极上上上上，产产产产生生生生新新新新的的的的次次次次生生生生电电电电子子子子上上上上述述述述过过过过程程程程不不不不断断断断进进进进行行行行，直直直直到到到到最最最最后后后后一一一一级级级级的的的的倍倍倍倍增增增增极极极极产产产产生生生生的的的的次次次次生生生生电电电电子子子子被被被被具具具具有有有有更更更更高高高高电电电电位位位位的的的的阳阳阳阳极极极极收收收收集集集集，并在外部回路中形成电流为止。并在外部回
15、路中形成电流为止。并在外部回路中形成电流为止。并在外部回路中形成电流为止。外外部部回回路路中中流流过过的的电电流流与与光光电电阴阴极极上入射的光通量成正比。上入射的光通量成正比。次生电子倍增极次生电子倍增极次生电子倍增极次生电子倍增极光敏二极管光敏二极管光敏二极管光敏二极管无无无无光光光光照照照照射射射射时时时时，反反反反向向向向饱饱饱饱和和和和漏漏漏漏电电电电流流流流小小小小；有有有有光光光光照照照照射射射射时时时时，反反反反向向向向饱饱饱饱和和和和漏漏漏漏电电电电流流流流大大大大大大大大增增增增加加加加，形形形形成成成成光光光光电电电电流流流流。该该该该光光光光电电电电流流流流随入射光强度
16、的变化而相应变化随入射光强度的变化而相应变化随入射光强度的变化而相应变化随入射光强度的变化而相应变化。硅传感器硅传感器硅传感器硅传感器图像传感器的成像单元图像传感器的成像单元图像传感器的成像单元图像传感器的成像单元光光光光P P P P型硅衬底型硅衬底型硅衬底型硅衬底金属电极金属电极金属电极金属电极二氧化硅二氧化硅二氧化硅二氧化硅沟阻沟阻沟阻沟阻势阱势阱势阱势阱信号电荷信号电荷信号电荷信号电荷nn 光传感器：硅传感器光传感器：硅传感器光传感器：硅传感器光传感器：硅传感器图像传感器的扫描机制图像传感器的扫描机制图像传感器的扫描机制图像传感器的扫描机制nn 扫描机制：机械扫描扫描机制：机械扫描扫描
17、机制：机械扫描扫描机制：机械扫描图像传感器的扫描机制图像传感器的扫描机制图像传感器的扫描机制图像传感器的扫描机制nn 扫描机制：电子束扫描扫描机制：电子束扫描扫描机制：电子束扫描扫描机制：电子束扫描图像传感器图像传感器图像传感器图像传感器nn 电视摄像机电视摄像机电视摄像机电视摄像机 电电电电视视视视摄摄摄摄像像像像机机机机是是是是一一一一种种种种被被被被广广广广泛泛泛泛使使使使用用用用的的的的图图图图像像像像输输输输入入入入设设设设备备备备。它它它它能能能能将将将将景景景景物物物物的的的的光光光光学学学学图图图图像像像像转转转转换换换换成成成成全全全全电电电电视视视视信信信信号号号号。根根根
18、根据据据据所所所所使使使使用用用用的的的的光光光光谱谱谱谱波波波波段段段段的的的的不不不不同同同同可可可可有有有有不不不不同同同同种种种种类的摄像机。类的摄像机。类的摄像机。类的摄像机。在可见光范围内，主要有在可见光范围内，主要有在可见光范围内，主要有在可见光范围内，主要有:l l 黑白摄像机黑白摄像机黑白摄像机黑白摄像机l l 彩色摄像机彩色摄像机彩色摄像机彩色摄像机图像传感器图像传感器图像传感器图像传感器nn 电视摄像机电视摄像机电视摄像机电视摄像机 电电电电视视视视摄摄摄摄像像像像机机机机的的的的关关关关键键键键部部部部件件件件是是是是电电电电视视视视摄摄摄摄像像像像管管管管。所所所所谓
19、谓谓谓的的的的电电电电视视视视摄摄摄摄像像像像管管管管是是是是一一一一种种种种能能能能将将将将景景景景物物物物的的的的光光光光学学学学图图图图像像像像转转转转换换换换成成成成电电电电视视视视图图图图像像像像信信信信号号号号的的的的器器器器件件件件。该该该该器器器器件件件件对对对对整整整整个个个个摄摄摄摄像像像像机机机机系系系系统统统统的的的的性性性性能能能能起起起起着着着着确确确确定定定定性性性性的的的的作作作作用用用用。它它它它能能能能将将将将器器器器件件件件成成成成像像像像面面面面上上上上的的的的空空空空间间间间景景景景物物物物的的的的二二二二维维维维图图图图像像像像转转转转变变变变成成成
20、成时时时时间间间间轴轴轴轴上上上上的的的的一一一一维维维维图图图图像信号。像信号。像信号。像信号。l l 光电转换功能光电转换功能光电转换功能光电转换功能l l 空时转换功能空时转换功能空时转换功能空时转换功能图像传感器图像传感器图像传感器图像传感器nn 黑白电视摄像机黑白电视摄像机黑白电视摄像机黑白电视摄像机光电像管光电像管光电像管光电像管析像管析像管析像管析像管超光电管超光电管超光电管超光电管超正析像管超正析像管超正析像管超正析像管光电导管光电导管光电导管光电导管硅靶管硅靶管硅靶管硅靶管 硫化锑摄像管（硫化锑摄像管（硫化锑摄像管（硫化锑摄像管（VidiconVidiconVidiconVi
21、dicon）氧化铅摄像管（氧化铅摄像管（氧化铅摄像管（氧化铅摄像管（PlumbiconPlumbiconPlumbiconPlumbicon）硒靶管（硒靶管（硒靶管（硒靶管（SaticonSaticonSaticonSaticon）硒化镉摄像管（硒化镉摄像管（硒化镉摄像管（硒化镉摄像管（ChanniconChanniconChanniconChannicon）新视像管（新视像管（新视像管（新视像管（NewviconNewviconNewviconNewvicon）黑黑黑黑白白白白电电电电视视视视摄摄摄摄像像像像管管管管图像传感器图像传感器图像传感器图像传感器nn 光电导摄像管光电导摄像管光电导
22、摄像管光电导摄像管工作原理工作原理工作原理工作原理 靶聚焦线圈偏转线圈校正线圈镜头网电极阴极控制极加速极A1聚焦极A2聚焦极A3RL来自被摄景物的光线经摄像机的来自被摄景物的光线经摄像机的光学系统在光电靶表面成像。靶光学系统在光电靶表面成像。靶面不同位置处的点，由于所受到面不同位置处的点，由于所受到的照度不同将激励出数目不等的的照度不同将激励出数目不等的光电子，从而产生数值不等的光光电子，从而产生数值不等的光电导效应，引起高低不同的电位电导效应，引起高低不同的电位起伏，最终形成与输入光学图像起伏，最终形成与输入光学图像相对应的电位图像。相对应的电位图像。图像传感器图像传感器图像传感器图像传感器
23、nn 光电导摄像管光电导摄像管光电导摄像管光电导摄像管工作原理工作原理工作原理工作原理 靶聚焦线圈偏转线圈校正线圈镜头网电极阴极控制极加速极A1聚焦极A2聚焦极A3RL为为了了将将电电位位图图像像转转变变成成相相应应的的时时间间信信号号，通通常常采采用用电电子子扫扫描描的的方方法法。如如图图所所示示，电电子子枪枪的的作作用用是是产产生生一一条条极极细细的的电电子子束束。由由阴阴极极所所发发出出的的电电子子束束在在加加速速电电极极A1A1和和聚聚焦焦电电极极A2A2、A3A3的的作作用用下下，将将以以均均匀匀的的速速度度准准确确地地落落到到靶靶面面上上。图图中中的的校校正正线线圈圈的的作作用用是
24、是把把出出射射的的电电子子束束的的方方向向校校正正到到和和管管轴轴的的方方向向保保持持准准确确一一致致以以提提高高管管子子的的空空间间分分辨辨率率，而而偏偏转转线线圈则被用来控制电子束在空间的运动以圈则被用来控制电子束在空间的运动以实现电子束对靶面的扫描。实现电子束对靶面的扫描。图像传感器图像传感器图像传感器图像传感器nn 光电导摄像管的等效电路光电导摄像管的等效电路光电导摄像管的等效电路光电导摄像管的等效电路a2an+ERL信号输出Ka3a1R根根据据设设计计要要求求，整整个个扫扫描描将将按按从从左左到到右右、自自上上而而下下的的顺顺序序进进行行以以完完成成相相应应的的空空时时转转换功能。换
25、功能。电电子子束束的的作作用用如如同同一一个个电电子子开开关关。随随着着电电子子束束连连续续地地扫扫过过整整个个靶靶面面，在在每每一一个个瞬瞬时时，光光电电导导层层上上被被电电子子束束所所击击中中的的微微小小单单元元（即即像像素素单单元元）将将和和负负载载电电阻阻一一起起组组成成一一个电子回路。个电子回路。图像传感器图像传感器图像传感器图像传感器nn 光电导摄像管光电导摄像管光电导摄像管光电导摄像管结结结结论论论论：来来来来自自自自被被被被摄摄摄摄景景景景物物物物的的的的光光光光线线线线落落落落到到到到靶靶靶靶面面面面上上上上，照照照照度度度度越越越越高高高高，光光光光电电电电导导导导材材材材
26、料料料料激激激激励励励励出出出出的的的的光光光光电电电电子子子子越越越越多多多多，导导导导电电电电率率率率越越越越高高高高，R R R R值值值值越越越越小小小小，流流流流过过过过负负负负载载载载的的的的电电电电流流流流越越越越大大大大；而而而而照照照照度度度度越越越越低低低低，则则则则光光光光电电电电导导导导材材材材料料料料激激激激励励励励出出出出的的的的光光光光电电电电子子子子越越越越少少少少，导导导导电电电电率率率率越越越越低低低低，R R R R值值值值越越越越大大大大，流流流流过过过过负负负负载载载载的的的的电电电电流流流流越越越越小小小小。因因因因此此此此，通通通通过过过过记记记记
27、录录录录扫扫扫扫描描描描过过过过程程程程中中中中加加加加在在在在负负负负载载载载电电电电阻阻阻阻上上上上的的的的电电电电位位位位（或或或或者者者者等等等等价价价价地地地地，流流流流过过过过负负负负载载载载电电电电阻阻阻阻的的的的电电电电流流流流）就就就就可可可可以以以以得得得得到到到到关于输入光学图像的明暗变化的信息。关于输入光学图像的明暗变化的信息。关于输入光学图像的明暗变化的信息。关于输入光学图像的明暗变化的信息。图像传感器图像传感器图像传感器图像传感器nn 电视扫描方式电视扫描方式电视扫描方式电视扫描方式l l逐行扫描（逐行扫描（逐行扫描（逐行扫描（Progressive Scannin
28、gProgressive ScanningProgressive ScanningProgressive Scanning）对一幅完整图像的扫描在每一个规定的时间间隔对一幅完整图像的扫描在每一个规定的时间间隔对一幅完整图像的扫描在每一个规定的时间间隔对一幅完整图像的扫描在每一个规定的时间间隔内一次完成。这样得到的一幅完整图像称为帧内一次完成。这样得到的一幅完整图像称为帧内一次完成。这样得到的一幅完整图像称为帧内一次完成。这样得到的一幅完整图像称为帧（FrameFrameFrameFrame）。）。）。）。l l隔行扫描（隔行扫描（隔行扫描（隔行扫描（Interlaced ScanningInt
29、erlaced ScanningInterlaced ScanningInterlaced Scanning）对一幅完整图像（即一帧）的扫描则被分成两次对一幅完整图像（即一帧）的扫描则被分成两次对一幅完整图像（即一帧）的扫描则被分成两次对一幅完整图像（即一帧）的扫描则被分成两次进行。其中的一次扫描只针对图像中的奇数行进进行。其中的一次扫描只针对图像中的奇数行进进行。其中的一次扫描只针对图像中的奇数行进进行。其中的一次扫描只针对图像中的奇数行进行，而另一次扫描则只针对图像中的偶数行进行。行，而另一次扫描则只针对图像中的偶数行进行。行，而另一次扫描则只针对图像中的偶数行进行。行，而另一次扫描则只针
30、对图像中的偶数行进行。由一幅图像中所有的奇数行和偶数行所形成的子由一幅图像中所有的奇数行和偶数行所形成的子由一幅图像中所有的奇数行和偶数行所形成的子由一幅图像中所有的奇数行和偶数行所形成的子图像分别被称为该图像的奇数场和偶数场。图像分别被称为该图像的奇数场和偶数场。图像分别被称为该图像的奇数场和偶数场。图像分别被称为该图像的奇数场和偶数场。图像传感器图像传感器图像传感器图像传感器nn 电视信号简介电视信号简介电视信号简介电视信号简介扫描规程简介扫描规程简介扫描规程简介扫描规程简介 EIA RS170EIA RS170EIA RS170EIA RS170扫描规程（黑白电视时序标准，美国）扫描规程
31、（黑白电视时序标准，美国）扫描规程（黑白电视时序标准，美国）扫描规程（黑白电视时序标准，美国）其它扫描规程（彩色电视时序标准）：其它扫描规程（彩色电视时序标准）：其它扫描规程（彩色电视时序标准）：其它扫描规程（彩色电视时序标准）：（1 1 1 1）PAL(Phase Alternation Line)PAL(Phase Alternation Line)PAL(Phase Alternation Line)PAL(Phase Alternation Line)隔行扫描，隔行扫描，隔行扫描，隔行扫描，25252525帧帧帧帧/每秒，每秒，每秒，每秒，625625625625行行行行/每帧每帧每帧
32、每帧。（2 2 2 2）NTSCNTSCNTSCNTSC（National Television Systems Committee)National Television Systems Committee)National Television Systems Committee)National Television Systems Committee)RS170 A RS170 A RS170 A RS170 A 隔行扫描，隔行扫描，隔行扫描，隔行扫描，30303030帧帧帧帧/每秒，每秒，每秒，每秒，525525525525行行行行/每帧每帧每帧每帧。图像传感器图像传感器图像传感器图
33、像传感器nn 全电视信号全电视信号全电视信号全电视信号A AB BC CD D水平扫描水平扫描水平扫描水平扫描从左到右的扫描从左到右的扫描从左到右的扫描从左到右的扫描垂直扫描垂直扫描垂直扫描垂直扫描自上而下的扫描自上而下的扫描自上而下的扫描自上而下的扫描扫描线扫描线扫描线扫描线用实线表示用实线表示用实线表示用实线表示回扫线回扫线回扫线回扫线用虚线表示用虚线表示用虚线表示用虚线表示奇奇奇奇数数数数行行行行水水水水平平平平扫扫扫扫描描描描中中中中对对对对应应应应奇奇奇奇数数数数场的扫描线，蓝绿色实线表示场的扫描线，蓝绿色实线表示场的扫描线，蓝绿色实线表示场的扫描线，蓝绿色实线表示偶偶偶偶数数数数行
34、行行行水水水水平平平平扫扫扫扫描描描描中中中中对对对对应应应应偶偶偶偶数数数数场的扫描线，黄色实线表示。场的扫描线，黄色实线表示。场的扫描线，黄色实线表示。场的扫描线，黄色实线表示。水平消隐线水平消隐线水平消隐线水平消隐线用细虚线表示。用细虚线表示。用细虚线表示。用细虚线表示。垂直消隐线垂直消隐线垂直消隐线垂直消隐线用粗虚线表示。用粗虚线表示。用粗虚线表示。用粗虚线表示。nn 全电视信号全电视信号全电视信号全电视信号(b)(b)(b)(b)偶数场信号偶数场信号偶数场信号偶数场信号 图像传感器图像传感器图像传感器图像传感器(a)(a)(a)(a)奇数场信号奇数场信号奇数场信号奇数场信号图像传感器
35、图像传感器图像传感器图像传感器nn 彩色电视摄像机彩色电视摄像机彩色电视摄像机彩色电视摄像机色彩的三色理论（色彩的三色理论（色彩的三色理论（色彩的三色理论（tri-stimulus tri-stimulus tri-stimulus tri-stimulus theorytheorytheorytheory）几乎所有的色彩都可以用三种基色：几乎所有的色彩都可以用三种基色：几乎所有的色彩都可以用三种基色：几乎所有的色彩都可以用三种基色：红（红（红（红（RedRedRedRed）、）、）、）、绿（绿（绿（绿（GreenGreenGreenGreen）和蓝（和蓝（和蓝（和蓝（BlueBlueBlue
36、Blue）进行混合来再现。进行混合来再现。进行混合来再现。进行混合来再现。图像传感器图像传感器图像传感器图像传感器nn 彩色电视摄像机彩色电视摄像机彩色电视摄像机彩色电视摄像机三管式彩色电视摄像机工作原理三管式彩色电视摄像机工作原理三管式彩色电视摄像机工作原理三管式彩色电视摄像机工作原理三三三三管管管管式式式式彩彩彩彩色色色色电电电电视视视视摄摄摄摄像像像像机机机机采采采采用用用用分分分分色色色色棱棱棱棱镜镜镜镜将将将将入入入入射射射射光光光光分分分分解解解解成成成成红红红红、绿绿绿绿、蓝蓝蓝蓝三三三三基基基基色色色色光光光光，并并并并使使使使之之之之分分分分别别别别在在在在摄摄摄摄像像像像管
37、管管管R R R R、G G G G、B B B B的的的的靶靶靶靶面面面面上上上上成成成成像像像像。然然然然后后后后，经经经经光光光光电电电电转转转转换换换换将将将将在在在在各各各各自自自自的的的的靶靶靶靶面面面面上上上上形形形形成成成成的的的的光光光光学学学学图图图图像像像像转转转转换换换换成成成成与与与与之之之之对对对对应应应应的的的的电电电电荷荷荷荷图图图图像像像像。这这这这些些些些电电电电荷荷荷荷图图图图像像像像在在在在聚聚聚聚焦焦焦焦和和和和偏偏偏偏转转转转系系系系统统统统的的的的作作作作用用用用下下下下被被被被转转转转换换换换成成成成按按按按照照照照一一一一定定定定的的的的电电电
38、电视视视视扫扫扫扫描标准的随时间变化的三基色图像信号。描标准的随时间变化的三基色图像信号。描标准的随时间变化的三基色图像信号。描标准的随时间变化的三基色图像信号。（1 1）（2 2）RGBFgFrFb(A)(B)(C)入射光入射光去摄像管去摄像管R R 去摄像管去摄像管B B 去摄像管去摄像管G G 图像传感器图像传感器图像传感器图像传感器nn 彩色电视摄像机彩色电视摄像机彩色电视摄像机彩色电视摄像机Mr分分分分色色色色棱棱棱棱镜镜镜镜由由由由(A)(A)(A)(A)、(B)(B)(B)(B)、(C)(C)(C)(C)三三三三部部部部分分分分组组组组成成成成。其其其其中中中中，M M M Mr
39、 r r r和和和和M M M Mb b b b面面面面上上上上分分分分别别别别蒸蒸蒸蒸镀镀镀镀有有有有不不不不同同同同厚厚厚厚度度度度的的的的干干干干涉涉涉涉薄薄薄薄膜膜膜膜。各各各各薄薄薄薄膜膜膜膜的的的的厚厚厚厚度度度度恰恰恰恰到到到到好好好好处处处处，使使使使得得得得：当当当当入入入入射射射射光光光光投投投投射射射射到到到到M M M Mr r r r面面面面上上上上时时时时能能能能将将将将红红红红光光光光分分分分量量量量反反反反射射射射回回回回来来来来，而而而而让让让让其其其其它它它它的的的的光光光光通通通通过过过过；而而而而当当当当入入入入射射射射光光光光投投投投射射射射到到到到M
40、 M M Mb b b b面面面面上上上上时时时时能能能能将将将将蓝蓝蓝蓝光光光光分分分分量量量量反反反反射射射射回回回回来来来来，而而而而让让让让其它的光通过。其它的光通过。其它的光通过。其它的光通过。分色棱镜的工作原理分色棱镜的工作原理分色棱镜的工作原理分色棱镜的工作原理Mb图像传感器图像传感器图像传感器图像传感器nn 彩色电视摄像机彩色电视摄像机彩色电视摄像机彩色电视摄像机彩色电视摄像机输出信号的种类彩色电视摄像机输出信号的种类彩色电视摄像机输出信号的种类彩色电视摄像机输出信号的种类（1 1 1 1）分量模拟视频）分量模拟视频）分量模拟视频）分量模拟视频（Component analog
41、 videoComponent analog videoComponent analog videoComponent analog video）（2 2 2 2）S-VideoS-VideoS-VideoS-Video（Y/C VideoY/C VideoY/C VideoY/C Video）（3 3 3 3）复复复复 合合合合 视视视视 频频频频（Composite Composite Composite Composite VideoVideoVideoVideo）图像传感器图像传感器图像传感器图像传感器nn 彩色电视摄像机彩色电视摄像机彩色电视摄像机彩色电视摄像机亮度信号亮度信号亮度信
42、号亮度信号和色差信号和色差信号和色差信号和色差信号 ：图像传感器图像传感器图像传感器图像传感器nn 彩色电视摄像机彩色电视摄像机彩色电视摄像机彩色电视摄像机彩色全电视信号彩色全电视信号彩色全电视信号彩色全电视信号亮度信号亮度信号色度信号色度信号复合同步信号复合同步信号彩色全电视信号彩色全电视信号图像传感器图像传感器图像传感器图像传感器nn 固态摄像机：固态摄像机：固态摄像机：固态摄像机：CCDCCDCCDCCD像感器像感器像感器像感器体积小体积小体积小体积小重量轻重量轻重量轻重量轻造价低造价低造价低造价低寿命长寿命长寿命长寿命长抗震性强抗震性强抗震性强抗震性强空间失真小空间失真小空间失真小空间
43、失真小不需要电子扫描：不存在真空封装的问题不需要电子扫描：不存在真空封装的问题不需要电子扫描：不存在真空封装的问题不需要电子扫描：不存在真空封装的问题对外界磁场的屏蔽要求也低对外界磁场的屏蔽要求也低对外界磁场的屏蔽要求也低对外界磁场的屏蔽要求也低 图像传感器图像传感器图像传感器图像传感器光光光光P P P P型硅衬底型硅衬底型硅衬底型硅衬底金属电极金属电极金属电极金属电极二氧化硅二氧化硅二氧化硅二氧化硅沟阻沟阻沟阻沟阻势阱势阱势阱势阱信号电荷信号电荷信号电荷信号电荷CCDCCDCCDCCD像像像像感感感感器器器器是是是是由由由由MOSMOSMOSMOS电电电电容容容容器器器器组组组组成成成成的
44、的的的一一一一个个个个阵阵阵阵列列列列。当当当当把把把把光光光光学学学学图图图图像像像像聚聚聚聚焦焦焦焦到到到到该该该该阵阵阵阵列列列列时时时时，可可可可以以以以得得得得到到到到正正正正比比比比于于于于景景景景物物物物光光光光辐辐辐辐射强度的电荷分布。射强度的电荷分布。射强度的电荷分布。射强度的电荷分布。nn 固态摄像机：固态摄像机：固态摄像机：固态摄像机：CCDCCDCCDCCD像感器像感器像感器像感器图像传感器图像传感器图像传感器图像传感器nn 固态摄像机：固态摄像机：固态摄像机：固态摄像机：CCDCCDCCDCCD像感器像感器像感器像感器工作原理：电荷定向转移的机制工作原理：电荷定向转移
45、的机制工作原理：电荷定向转移的机制工作原理：电荷定向转移的机制 f1f1f2f2f3f3t0t1t2 t3tttt=t0t=t1t=t2t=t3P1 P2 P3 P1 P2 P3P1 P2 P3 P1 P2 P3P1 P2 P3 P1 P2 P3P1 P2 P3 P1 P2 P3三相控制方式下三相控制方式下CCDCCD中中的电荷转移过程的电荷转移过程 图像传感器图像传感器图像传感器图像传感器nn 固态摄像机：固态摄像机：固态摄像机：固态摄像机：CCDCCDCCDCCD像感器像感器像感器像感器工作原理：电荷定向转移的机制工作原理：电荷定向转移的机制工作原理：电荷定向转移的机制工作原理：电荷定向转
46、移的机制 f1f1f2f2f3f3t0t1t2 t3tttt=t4t=t0P1 P2 P3 P1 P2 P3三相控制方式下三相控制方式下CCDCCD中中的电荷转移过程的电荷转移过程 经经过过一一个个时时钟钟周周期期后后，相相应应的的电电荷荷将将从从前前一一像像素素的的一一个个电电极极下下转转移移到到下下一一个个像像素素的的同同号号电电极极下下。这这样样，随随着着时时钟钟脉脉冲冲有有规规则则的的变变化化，电电荷荷将将从从线线阵阵的的一一端端转转移移到到另另一一端端。如如果果在在线线阵阵的的另另一一端端对对电电荷荷进进行行收收集集，并并进进行行放放大大处处理理，则则可可以以得得到到相相应应的的反反
47、映映图像灰度变化的电信号输出。图像灰度变化的电信号输出。t4P1 P2 P3 P1 P2 P3 P1图像传感器图像传感器图像传感器图像传感器nn 固态摄像机：固态摄像机：固态摄像机：固态摄像机：CCDCCDCCDCCD像感器像感器像感器像感器P1P2P3P1P2P3P1P2P3P1P2P3P1P2P3P1P2P3P1P2P3P1P2P3P1P2P3工作原理：电荷定向转移的机制工作原理：电荷定向转移的机制工作原理：电荷定向转移的机制工作原理：电荷定向转移的机制 P1P2P3P1P2P3P1P2P3P1P2P3P1P2P3P1P2P3P1P2P3P1P2P3P1P2P3图像传感器图像传感器图像传感
48、器图像传感器nn CCDCCDCCDCCD像感器：线阵像感器：线阵像感器：线阵像感器：线阵CCDCCDCCDCCD像感器像感器像感器像感器 输出输出感光单元感光单元不透光的电荷转移结构不透光的电荷转移结构转移栅转移栅图像传感器图像传感器图像传感器图像传感器nn CCDCCDCCDCCD像感器：面阵像感器：面阵像感器：面阵像感器：面阵CCDCCDCCDCCD像感器像感器像感器像感器 读出移位读出移位寄存器寄存器感光区感光区存储区存储区输出移位寄存器输出移位寄存器二相二相驱动驱动二相二相驱动驱动光栅极光栅极时钟时钟视频输出视频输出感光区感光区存储区存储区视频输出视频输出图像传感器图像传感器图像传感
49、器图像传感器nn CCDCCDCCDCCD摄像机摄像机摄像机摄像机 除除除除了了了了CCDCCDCCDCCD像像像像感感感感器器器器之之之之外外外外，CCDCCDCCDCCD摄摄摄摄像像像像机机机机还还还还包包包包括括括括光光光光学学学学系系系系统统统统、定定定定时时时时系系系系统统统统、CCDCCDCCDCCD激激激激励励励励器器器器、信信信信号号号号处处处处理理理理和和和和校校校校正正正正器器器器等等等等部部部部分分分分。其其其其输输输输出出出出信信信信号号号号一般也为标准的全电视信号。一般也为标准的全电视信号。一般也为标准的全电视信号。一般也为标准的全电视信号。图像传感器图像传感器图像传
50、感器图像传感器nn CIDCIDCIDCID摄像机摄像机摄像机摄像机图像传感器图像传感器图像传感器图像传感器nn CIDCIDCIDCID摄像机摄像机摄像机摄像机读出方式：读出方式：读出方式：读出方式：（1 1 1 1）非破坏性读出）非破坏性读出）非破坏性读出）非破坏性读出 一个电极被驱动至一个电极被驱动至一个电极被驱动至一个电极被驱动至0 0 0 0伏或更低电位伏或更低电位伏或更低电位伏或更低电位 迁移时，在外电路中产生一电流脉冲迁移时，在外电路中产生一电流脉冲迁移时，在外电路中产生一电流脉冲迁移时，在外电路中产生一电流脉冲（2 2 2 2）破坏性读出）破坏性读出）破坏性读出）破坏性读出 两