Visietechnologie. Deel 3: De camera

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "Visietechnologie. Deel 3: De camera"

Philomena van der Meer
10 jaren geleden
Aantal bezoeken:

1 Visietechnologie Deel 3: De camera CCD vs CMOS Analoog vs digitaal Kleurencamera s Nieuwe technologien Johan Baeten 3.1 Werelwijde Cameramarkt in 2002 Total Market 630 Mio. Smart Camera 11% Digital Line Scan 10% Analog Area Scan 41% Digital Area Scan - high speed 7% Digital Area Scan - low+medium end 31% Johan Baeten 3.2 1

1 Werelwijde Cameramarkt in 2002 Total Market 630 Mio.

2 Parameters voor camerakeuze Budget Interface Analoog Digitaal Bandbreedte CMOS vs. CCD? Beeldverwerking Belichting Kleurmodel Resolutie Lens Johan Baeten 3.3 CCD principe - 1 CCD: Charge Coupled Device (= uitleesprincipe) (Bron: Burr Brown) Druppel = Photon Bakje = Pixel Transportband = CCD shift registers Meetbakje = Ladingsvoorversterker Johan Baeten 3.4 2

3 CCD principe - 1 CCD: Charge Coupled Device (= uitleesprincipe) (Bron: Burr Brown)

3 CCD principe 2 (interlijn) Pixels Verticale schuifregisters Horizontaal schuifregister Uitleeselektronica ADC Johan Baeten 3.5 Werkingsprincipe CCD phase clocking Johan Baeten 3.6 3

4 CCD architectuur Johan Baeten 3.7 Nadeel van interlijn-overdracht / -beeld Interlacing bij snel bewegende camera of object Johan Baeten 3.8 4

5 Typische afmetingen voor CCD-chips Verhouding 4:3 (Horizontaal : Verticaal) Johan Baeten 3.9 CMOS principe: MOS photodiode array Rijselectie pixel Standaard CMOS Lage spanning Laag vermogen AOI (ROI) Kolomselectie Uitleeselektronica ADC Johan Baeten

9 CMOS principe: MOS photodiode array Rijselectie pixel

6 CCD vs. CMOS CMOS zal in de toekomst de CCD kwaliteit evenaren, CCD qualiteit/gevoeligheid lijkt te verzadigen, maar CCD is nog steeds beter CMOS is veel sneller dan CCD; > 1gpixel/s snelle AOI door directe pixeladressering, bv. bij object tracking productie van grote volumes is voor CMOS goedkoper, toekomstgericht CMOS: geen blooming, geen smearing CMOS: nieuwe markten en mogelijkheden CMOS: laag verbruik, < 1 W Johan Baeten 3.11 Communicatie v/m Camera Analoog Historisch gegroeid Kleine afmetingen en lage prijs Omschakeling naar digitale firewire interface of USB LVDS (RS 644) (Low Voltage Differential Signaling ) Historisch gegroeid als standaard voor digitale comm. Voordelig wegens lange kabels Camera Link Toekomstige standaard voor high end machine vision Parallel Johan Baeten

Mbit/s beschikbaar voor beeld) Snelheid gelijk aan 1394a, maar geen industriële standaard driver Ethernet 100 m kabellengte

7 Verbinding Communicatie vervolg IEEE1394a (firewire of ilink) - Overdrachtsnelheid tot 400 Mbit/s, serieel Momenteel standaard voor mid-range machine vision IEEE1394b (sinds juli 2003) Dataoverdracht tot 800 Mbit/s 3,2 Gbit/s USB2 : 480 Mbit/s (360 Mbit/s beschikbaar voor beeld) Snelheid gelijk aan 1394a, maar geen industriële standaard driver Ethernet 100 m kabellengte mogelijk geen standaard tot nu toe... 4 / 9 / 6 Johan Baeten 3.13 Verbinding Communicatie vervolg 1394 kabel types Johan Baeten

8 Bandbreedte (1394,) Bandbreedte van de bus = aantal camera s x resolutie x frame rate x BpP BpP = Bits per Pixels: bv 8 bit grijs, 24 bit RGB, 12 bit YUV420 Maximaal aantal Camera's (bandbreedte in Mbit/s) Configuratie 1394a (<256) USB 2.0 (< 360) 1394b (<512) VGA, 30 fps, 8bits 3 (210) 1 (70) 7 (490) XGA, 30 fps, 8bits 1 (180) 1 (180) 3 (460) SVGA, 30fps, 24bits RGB niet mogelijk 1 (330) 1 (330) SVGA, 60 fps, 16bits niet mogelijk niet mogelijk 1 (440) VGA (640,480) ; SVGA (800,600) ; XGA (1042,768) Johan Baeten 3.15 Analoog Camerasignaal Analoog beeldsignaal bevat de informatie in de amplitude. Spanning Black level Video level Line sync tijd Johan Baeten

0 (< 360) 1394b (<512) VGA, 30 fps, 8bits 3 (210) 1 (70) 7 (490) XGA, 30 fps, 8bits 1 (180) 1 (180) 3 (460) SVGA, 30fps, 24bits RGB niet mogelijk 1 (330) 1 (330) SVGA,

9 Analoge Signalen Analog Storingen beïnvloeden rechtstreeks beeldkwaliteit: EMC Cross talk Pixel jitter Signaalverzwakking (demping) / Reflecties Camera EMC Kabel analoog A D Grabber digitaal PC CPU Geheugen analoog digitaal Johan Baeten 3.17 Digitale Camerasignalen Digitale signalen zijn ongevoelig voor ruis/storingen bevriezen beeldkwaliteit vereisen een grotere bandbreedte of meer kabelparen. Beperkte kabellengte / hogere kabelprijs IO IO Camera EMC PC A analoog D Kabel digitaal Grabber CPU Geheugen digitaal Johan Baeten

17 Digitale Camerasignalen Digitale signalen zijn ongevoelig voor ruis/storingen bevriezen beeldkwaliteit vereisen een grotere

10 Vergelijking Analoog vs digitaalcomparison Invloed van EMC en kabellengte op het signaal Max. signaal informatie 100% Digitaal Analoog Kabellengte EMI ruisniveau Johan Baeten 3.19 Opdeling naar com. protocol en sensortype Performantie CCD Digital Line Scan High Speed Smart Camera Analog Area Scan Digital Area Scan CMOS Camera Link 1394 CMOS Prijs Johan Baeten

11 (Kleuren-) Gevoeligheid CMOS/CCD CMOS & CCD Johan Baeten 3.21 Opbouw van een Kleurencamera 3 CCD 3 CCD -principe Johan Baeten

12 Opbouw van een Kleurencamera Single CCD Single chip principe Hoofdzakelijk groen -- Omrekening naar RGB voor ELKE pixel (bv. Bayer) Johan Baeten 3.23 Foveon: X3 sensor gevoelig aan 3 kleuren Super CCD: gewijzigde layout CMOS met lens Nieuwe technologiën Johan Baeten

13 Voorbeeld: Sorteerinstallatie Setup line scan combinatie van verschillende bits Toepassing: bulk, graan, rijst Digital I/O Camera Link nozzles Johan Baeten

Vergelijkbare documenten

IEEE 1394 firewire. Jan Genoe KHLim. I-link DV (digital video)

IEEE 1394 firewire. Jan Genoe KHLim. I-link DV (digital video) IEEE 1394 firewire I-link DV (digital video) Jan Genoe KHLim 1 Traditionele video bewerkingswerkwijze In draagbare video camera's worden beelden reeds lang aan de hand van CCD opgenomen, dit wil zeggen