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图像传感器的发展

图像传感器的发展

点击数:7582 次   录入时间:03-04 12:03:21   整理:http://www.55dianzi.com   传感器

     

    有一种常用的判断深度方法是使用一个立体传感器阵列,它是按照类似一对人眼的结构,布放两个图像传感器。图像SoC像人类的大脑和眼睛一样,处理传感器从不同视点对一个物体的视图,从而评判出物体与传感器阵列之间的距离。在多视图几何应用中,可以将双传感器扩展至多传感器。双传感器方案通常有最低的成本、最小的功耗、最小的外形,如果设计中已经有多个传感器用于3D静像摄像和视频捕捉,则这种方案更有吸引力。

     

    有一种立体影像实现是分立的“双眼”方案,实现方法是将两个摄像头“拴”在一起。虽然从硬件角度看,这是最直接的概念,但所需要的软件支持则比较复杂。打个比方,把两辆摩托车用一个公共轴连接起来,也成不了一辆汽车。摄像头需要做校正才能得到可靠的图像配准,经常有这种情况,摄像机阵列或物体在运动,此时必须做帧的同步。

    还有一种方法,可以将两只图像传感器装在单只SoC或多片芯封装内,通过一个总线输出联合数据流。这种完全集成化方案的优点是便于控制和帧同步。更紧密的集成改善了校正工作,从而获得更好的立体影像结果,即增强的深度感知能力和更快的图像处理速度。

     投影方案

     结构光(Structured light)是第二种常见3D传感器方法,也是微软Kinect中使用的技术,它是将预设的光模式投射在一个屏幕上,以供分析之用。结构光方法的3D传感器方案采用一个投影仪来建立光模式,并有一个摄像头用于探测结果。

     Kinect的投影仪是采用的红外光,使用的是x和y方向上不同焦距的散射镜。镜片后的一个红外激光器将一个包含大量点的图像投射出去,图像变换成椭圆,其特定的形状与方向取决于每种情况下物体离镜片的距离。

    结构光的优点在于,它有精密的细节分辨率和高精度,尤其是在暗光环境下,此时主要针对可见光谱的传感器就很难捕捉到恰当的图像。与立体传感器方案相比较,结构光的软件算法也更简单,虽然光点云的处理可能会有接近于立体视觉的大计算量。

     不过,结构光技术依赖于红外光,至少Kinect证明了这点,这意味着该技术在室外工作会有问题,室外环境下,太阳光中的红外辐射将破坏性地干扰投影仪的光线。另外,投影仪既昂贵又笨重,消耗功率可观, 并大量发热; 事实上,Kinect专门为此而做了一个风扇(参考文献4)。必要的定制投影镜片又增加了总的物料成本。

    飞行时间(Time of flight)是第三种常见的3D传感器实现方法。与结构光一样,飞行时间摄像头包括一个图像传感器、一只镜片和一个有源发光源。但采用飞行时间方法时,摄像头会根据投射光从光源到投影仪,再回到图像传感器的时间,得出范围或距离(参考文献5)。发光源一般可以是一只脉冲激光器或调制光束,具体取决于设计采用的图像传感器类型。

    集成了数字时间计数器的图像传感器通常带有脉冲激光束,正如包括快门的距离选通传感器。对于后者,快门以投影仪投射脉冲光束的速度开闭。因此,每个图像传感器像素所“看到”的光通量就与脉冲传输的距离有关,这就是从传感器到物体的距离。带相位探测器图像传感器的飞行时间设计则采用了调制波束源。波束的强度随时间而改变,因此测量进入光的相位,就间接地得到了“飞行时间”的距离。

     飞行时间摄像头在汽车应用中很常见,例如行人探测和驾驶员辅助,并且在机器人产品中也很普遍。它们还在军事、国防与航空领域有较丰富的应用史。所需要的图像处理软件比较简单,因此要比立体摄像头结构的必备软件更有实时能力,虽然飞行时间技术对环境照射干扰和多次反射的敏感性多少会使算法复杂化。

     飞行时间方案的帧速率可以非常高,达到每秒60帧,用立体影像设置难以达到这个速度,但其分辨率通常相对较低。并且与结构光技术相比,需要的时间飞行光投影仪带来了成本、功耗(及散热)、尺寸以及重量上的缺陷。

         联盟促进设计成功

         嵌入视觉技术能够让电子产品更加智能且有响应能力,因此对用户比以往更有价值。该技术能为现有产品增加有助益的特性,为硬件、软件、半导体和系统制造商提供了崭新的市场。

         嵌入视觉联盟(The EmbeddedVision Alliance)是去年夏天组成的一个全球技术开发人员与供应商的组织,它为工程师提供各种必要的工具,以加快这种潜能向实际的转化。该联盟的使命是提供实用教育、信息及洞见,帮助工程师们将嵌入视觉功能加到产品中。



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