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每臺高速成像相機(jī)都是一個完整的光電系統(tǒng)
點擊次數(shù)：2273 更新時間：2017-02-20
每臺高速成像相機(jī)都是一個完整的光電系統(tǒng)，包含光學(xué)原件、光機(jī)械、探測器、外殼和電子數(shù)據(jù)存儲和控制組件。但在一般情況下，任何相機(jī)的性能參數(shù)都是由圖像傳感器決定的；因此，所有高速成像相機(jī)其他系統(tǒng)組件的設(shè)計，都是圍繞圖像傳感器來展開的。
通常，高速成像相機(jī)CMOS傳感器被認(rèn)為是高速成像應(yīng)用的*選擇。不同于像素數(shù)量有限的CCD傳感器，將輸入光轉(zhuǎn)換為電壓信號，然后通過數(shù)量有限（一個到幾個）的輸出節(jié)點以模擬信號的形式發(fā)送出芯片；CMOS傳感器的芯片內(nèi)包含放大器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），避開了CCD圖像處理的高功耗和較慢的讀出速度。
“CMOS傳感器是許多高速相機(jī)的核心，主要考慮到其較高數(shù)量的傳感器通道，用于實現(xiàn)迅速的光子/電子轉(zhuǎn)換，快速將電子從傳感器送走。”美國Photron公司銷售和市場營銷總監(jiān)Andrew Bridges說，“大量的DAC可以成為大的發(fā)熱體，因為這需要更多的內(nèi)存。幸運的是，CMOS中理想的板載內(nèi)存情況，也可以通過快速數(shù)據(jù)卸載技術(shù)來實現(xiàn)。”
高速成像相機(jī)除了減少生熱和傳感器噪聲，“光靈敏度是高速成像應(yīng)用中的一個關(guān)鍵因素。”Bridges說，“當(dāng)FASTCAM SA5在2008年左右推出時，10000的ISO值給人們留下了深刻的印象?，F(xiàn)在，F(xiàn)ASTCAM SA-Z中新的傳感器電子產(chǎn)品，為12位單色相機(jī)提供50000的ISO值，為36位Bayer彩色相機(jī)提供20000的ISO值，兩者均采用20μm2的像素。”Bridges介紹說，通過開發(fā)新的電路設(shè)計，大大降低了噪聲，提高了增益，從而提高了靈敏度。
“我們根據(jù)真正的行業(yè)ISO Ssat 12232標(biāo)準(zhǔn)，來衡量FASTCAM相機(jī)在高幀率下的光靈敏度，在同樣的照明條件下采用更快的快門/曝光速度和更大的景深，無需更多的照明。”Bridges說。
高速成像相機(jī)標(biāo)準(zhǔn)面陣相機(jī)的一種替代方案是線陣相機(jī)。線陣相機(jī)的速度不是以每秒幀數(shù)來衡量，而是以頻率來衡量，即在被掃描的物體運動的情況下，線陣相機(jī)每秒能夠掃描的線數(shù)，每條線攜帶數(shù)千像素信息，用于采集數(shù)據(jù)。線陣相機(jī)具有更短的曝光時間，通常與高亮度光源配合，用于工業(yè)機(jī)器視覺應(yīng)用。
德國Chromasens公司的三線相機(jī)，通過布置極其接近的三條RGB傳感器線，實現(xiàn)以高水平的顏色度捕獲移動物體的圖像。該公司的allPIXA wave相機(jī)基于四線CMOS彩色線掃描傳感器，線長高達(dá)15000×4行，工作速度為150kHz，吞吐量為850 Mpixels/s。
通常，高速成像相機(jī)CMOS傳感器被認(rèn)為是高速成像應(yīng)用的*選擇。不同于像素數(shù)量有限的CCD傳感器，將輸入光轉(zhuǎn)換為電壓信號，然后通過數(shù)量有限（一個到幾個）的輸出節(jié)點以模擬信號的形式發(fā)送出芯片；CMOS傳感器的芯片內(nèi)包含放大器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），避開了CCD圖像處理的高功耗和較慢的讀出速度。
“CMOS傳感器是許多高速相機(jī)的核心，主要考慮到其較高數(shù)量的傳感器通道，用于實現(xiàn)迅速的光子/電子轉(zhuǎn)換，快速將電子從傳感器送走。”美國Photron公司銷售和市場營銷總監(jiān)Andrew Bridges說，“大量的DAC可以成為大的發(fā)熱體，因為這需要更多的內(nèi)存。幸運的是，CMOS中理想的板載內(nèi)存情況，也可以通過快速數(shù)據(jù)卸載技術(shù)來實現(xiàn)。”
高速成像相機(jī)除了減少生熱和傳感器噪聲，“光靈敏度是高速成像應(yīng)用中的一個關(guān)鍵因素。”Bridges說，“當(dāng)FASTCAM SA5在2008年左右推出時，10000的ISO值給人們留下了深刻的印象?，F(xiàn)在，F(xiàn)ASTCAM SA-Z中新的傳感器電子產(chǎn)品，為12位單色相機(jī)提供50000的ISO值，為36位Bayer彩色相機(jī)提供20000的ISO值，兩者均采用20μm2的像素。”Bridges介紹說，通過開發(fā)新的電路設(shè)計，大大降低了噪聲，提高了增益，從而提高了靈敏度。
“我們根據(jù)真正的行業(yè)ISO Ssat 12232標(biāo)準(zhǔn)，來衡量FASTCAM相機(jī)在高幀率下的光靈敏度，在同樣的照明條件下采用更快的快門/曝光速度和更大的景深，無需更多的照明。”Bridges說。
高速成像相機(jī)標(biāo)準(zhǔn)面陣相機(jī)的一種替代方案是線陣相機(jī)。線陣相機(jī)的速度不是以每秒幀數(shù)來衡量，而是以頻率來衡量，即在被掃描的物體運動的情況下，線陣相機(jī)每秒能夠掃描的線數(shù)，每條線攜帶數(shù)千像素信息，用于采集數(shù)據(jù)。線陣相機(jī)具有更短的曝光時間，通常與高亮度光源配合，用于工業(yè)機(jī)器視覺應(yīng)用。
德國Chromasens公司的三線相機(jī)，通過布置極其接近的三條RGB傳感器線，實現(xiàn)以高水平的顏色度捕獲移動物體的圖像。該公司的allPIXA wave相機(jī)基于四線CMOS彩色線掃描傳感器，線長高達(dá)15000×4行，工作速度為150kHz，吞吐量為850 Mpixels/s。
