图像传感器推动嵌入式视觉技术发展

2023-07-25

什么是嵌入式机器视觉

    “嵌入式视觉”是指一种通过视觉方法去理解周边环境的机器,嵌入式视觉系统包含从所选成像传感器接收光到系统输出的整个信号链。系统输出是指从图像中提取仿没拦的经过处理或未经处理的图像或信息,并提供给下游系统。当然,嵌入式系统架构师负责根据系统要求确保端到端性能。

 首先需要熟悉电磁波谱以及希望系统运行的光谱域。人眼只能看到390nm(蓝光)至700nm(红光)波长之间的光谱,也就是通常所指的可见光谱;成像设备凭借所采用的技术,则能捕获到更宽泛波长的图像,包括X光、紫外线、红外线以及备胡可见光谱。

    在近红外光谱及以下范围,我们可以使用电荷耦合器件(CCD)或CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器(CIS);到了红外光谱范围,需要使用专用的红外检测器。红外光谱范围之所以需要专用传感器,部分原因在于芯片成像器(如CCD或CIS)需要的激发能。

 这些器件通常需要1eV的光子能量来激发一个电子,然而在红外范围,光子能量介于1.7eV-1.24meV之间,因此红外成像器应基于HgCdTe或InSb。这些器件需要更低的激发能量,经常与CMOS读出IC(即ROIC)配合使用,以控制和读出传感器。

     最常见的两种检测器技术分别是CCD和CIS,电荷耦合器件被视为模拟器件,因此要集成到数字系统中就需要使用片外ADC以及所需模拟电压电平下的时钟生成察消功能。每个像素存储由光子产生的电荷。大多数情况下将像素排列成2D阵列,组成多个行,每行包含多个像素。读出CCD时通过行传输将每行并行传递到读出寄存器,再通过读出寄存器将每行串行读出。这个寄存器读出过程中,电荷转换为电压。

    CMOS成像传感器能实现更紧密集成,使ADC、偏置和驱动电路都集成在同一晶片上。这大大降低了系统集成要求,同时也提高了CIS设计的复杂性。CIS的核心是有源像素传感器(APS),其中每个像素同时包含光电二极管和读出放大器,因此,与CCD不同,CIS能够读出阵列中的任意像素地址。

     尽管大多数嵌入式视觉都采用CIS器件,但是CCD仍用于非常注重性能的高端科研应用领域。

鼠标 激光 光电 蓝影 有啥区别????

光学引擎鼠标利用的是发光二极管发射出的红色可见光源,利用光的漫反射原理,记录下单位时间内LED光源照射在物体表面的漫反射阴影的变化来判断鼠标移动轨迹。
激光引擎鼠标则采用的是激光二极管发射的短波的非可见激光,利用短波光易被反射的原理,让鼠标能够记录下从物体表面反射回光学传感器的光点的清晰成像。严格来说,传统的光学引擎与激光引擎都该称作是光学引擎,不过两种不同桌面捕捉原理决定了光学鼠标必须借助鼠标垫,而激光鼠标则能够在更多的表面上自如使用。
采用Blue Track蓝影技术的鼠标产品使用的是可见的蓝色光源,因此它看上去更像是使用传统的光学引擎。可它并非利用光学引擎的漫反射阴影成像原理,而是利用目前激光引擎的镜面反射点成像原理。LED光源发射出的蓝色光线通过Collimating Lens(校准镜片)大量汇集,照射在物体表面上,通过物体表面反射到Imageing Lens(成像镜片),经过成像镜片对光线的二次汇集在CMOS Detector(光学传感器)上成像,而光学传感器则相当于是一台高速连拍照相机,能够在每秒钟拍摄数千张照片,并将它们传送至图像处理芯片,经过芯片对每张照片的对比,最终得出鼠标移动的轨迹。
更大的光量+广角镜头
蓝影技术并不是光学引擎和激光引擎的简单综合,而是提高鼠标便面适应能力的高效的解决方案。首先,蓝色光属于短波光线,虽然无法同激光引擎发射出的非可见光相比,但是蓝色光的短波优势让它同样具备了优秀的反射效果,通过反射让物体细节得到了更细致的反映。
蓝影技术通过蓝色光源加上透镜汇聚效果使最终进入成像镜头的光束量达到激光引擎的4倍,能够让光学传感器获得更大的光量。举一个简单的例子,拍照时,照片都需要足够的曝光,可以通过加大光圈(增加进光量)或者是延长曝光时间(降低快门/单位时间内拍摄速度)来实现。为了精确定位光学传感器是绝不可能降低拍摄速度的,所以增大进光量不仅可以让光学传感器拍出的每张照片都能够有足够的曝光,同时还可以提供足够的进光量使光学传感器在单位时间内尽可能多地拍摄出鼠标移动轨迹图片,达到更加精确的定位效果。
蓝影技术的成像端使用的是视角更宽的广角镜头,能够抓取更大范围的物体表面的细节图像,因此对鼠标移动轨迹的分析也会变得更加细致。上述特性给予蓝影技术更强的表面适应能力,无论是表面光滑的大理石台面上,还是在粗糙的客厅地毯上都能够精确定位。
蓝影技术的应用与发展
将传统光学引擎与激光引擎相结合的蓝影技术,让微软鼠标产品具备了超强的表面适应能力以及精确无比的定位能力,使采用LED可见光源的鼠标产品具备了超越激光引擎产品的整体实力。而在成本方面,由于LED光源相对于激光二极管具有更加低廉的成本,所以采用蓝影技术的鼠标产品的实际成本反而会比激光引擎的产品更低。

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