机器视觉 2021-05-14 10740
嵌入式视觉系统包含从选定的成像传感器接收到的光到系统输出的整个信号链。系统输出是指已处理或未处理的图像或从图像中提取并提供给下游系统的信息。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。为此，嵌入式视觉系统架构师需要熟悉与传感器和后处理系统有关的各种概念和技术。本文是高级入门手册，旨在使读者对这些技术和概念有基本的了解。
首先，您需要熟悉系统要在其中运行的电磁频谱和频谱域。人眼只能看到390nm（蓝光）和700nm（红光）波长之间的光谱，通常称为可见光谱。成像设备可以借助所使用的技术（包括X射线，紫外，红外和可见光谱）捕获更宽波长的图像。
在近红外光谱及以下的光谱中，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）；在红外光谱中，需要专用的红外探测器。红外光谱范围需要特殊传感器的部分原因是诸如CCD或CIS之类的芯片成像器所需的激发能。
这些设备通常需要1eV的光子能量来激发电子，但是在红外范围内，光子能量在1.7eV-1.24meV之间，因此红外成像仪应基于HgCdTe或InSb。这些设备需要较低的激励能量，通常与CMOS读出IC（即ROIC）结合使用，以控制和读出传感器。
电荷耦合器件为它被视为模拟设备，因此需要在所需的模拟电压电平下使用片外ADC和时钟生成功能，以将其集成到数字系统中。每个像素存储光子产生的电荷。在大多数情况下，像素以2D阵列排列以形成多行，并且每一行包含多个像素。读取CCD时，每条线通过线传输并行传输到读取寄存器，然后通过读取寄存器串行读取每条线。在读取该寄存器的过程中，电荷被转换为电压。
CMOS图像传感器可以实现更紧密的集成，因此ADC，偏置和驱动电路都集成在同一芯片上。这大大降低了系统集成要求，也增加了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一个光电二极管和一个读出放大器。因此，与CCD不同，CIS可以读取阵列中的任何像素地址。
尽管大多数嵌入式视觉都使用CIS设备，但CCD仍用于性能非常重要的高端科学研究应用中。本文的要点适用于这两种成像技术。
