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高速CCD芯片摄像头中的“多通道概念”

Henning Tiarks?? Basler Vision Technologies产品经理?? 2008年07月02日 ?? 收藏0

  CCD芯片技术的发展 与GigE Vision接口技术相结合

  在过去的一年中,使用高速(双通道)高分辨率CCD芯片的摄像头畅销于工业相机市场,尤其是千兆网接口技术的应用使产品价格进一步降低。在这一发展过程中,Basler为高速CCD芯片创建了独立的生产平台(Basler pilot系列),相机的分辨率由VGA起最高可达500万象素,采集速度最快为210帧每秒 (分辨率为 VGA时)并配有千兆网接口。千兆网接口在满足分辨率及最高帧速时仍可实现图像传输,这一技术在过去只有通过Camera Link接口技术才可以实现,但是十分昂贵。很多客户认为新接口技术能在部分应用中取代Camera Link。目前,CMOS 芯片还没有进入这一阶段,故由CMOS芯片向高速CCD芯片的过渡还不是问题。CMOS芯片仍可在低成本的VGA相机市场发挥其优势,继续扮演超高速高分辨率相机(如:Basler A406k相机,分辨率为400万像素,帧速率达209帧/秒)中不可或缺的一部分。

  摄像头厂商面临的挑战:CCD芯片的"多通道输出平衡”问题

  CCD芯片主要的优势特性在于高质量图像输出。该技术保证了低噪声、较高的量子效率以及良好的线性度。缺点是单通道CCD芯片的带宽有限,无法满足现今市场对高速这一指标的要求。如,像Sony ICX285 这样的标准单通道CCD芯片的分辨率为145万像素、帧速率为15fps (即22MB/s)。但是工业生产通常需要至少30帧/秒的采集速率,而且电子和半导体行业的用户往往要求达到50fps、100fps甚至更高,具体数据取决于生产过程。

高速CCD芯片摄像头中的


  CCD芯片的“多通道概念”在工业生产的带动下应运而生,所谓 “多通道”就是指有多个通道读出图像数据。技术发展至今,双通道芯片技术日趋成熟,实现了两个通道同时读出图像数据,传统的芯片速率也几乎翻了一番。也就是说,在分辨率为两百万像素时,相机的速率可以达到30fps,而在过去,这个数字仅为16fps。正确地将双通道芯片整合到相机里,既能满足图像质量的要求,还在一定程度上超出了客户需求。

  获取稳定可靠的成像输出的基础是均匀统一的图像,图像中的各像素特征要彼此一致。多通道设计常常遇到的一大问题是像素数据输出错误,相机厂商的主要任务就是平衡芯片的数据输出并在工作区域再现正确优质的图像。芯片左右两半边的像素数据通过两个彼此独立的通道读出,重组时需要调节,这一任务借助相机的电子器件和软件共同完成。以Basler pilot 系列相机为例,相机内部的特殊部件采集并传输两个通道中的数据,而并不影响通道的正常工作(比如发热可能造成的问题)。图1 显示了Basler pilot 系列相机采集的高质量图像与未经平衡处理的标准相机输出图像的差别。

图1未经平衡处理的标准相机输出图像的差别


  通常,只有在相机生产过程中使用特殊工具才能顺利完成这些任务。Basler开发出了独有的 CTT+ 设备,可以自动进行一系列测试和校正,确保两边的图像输出彼此平衡,并在整个操作过程中保持稳定。Basler Components的产品经理Henning Tiarks补充道:“对于我们的客户来讲,不论工作环境如何,他们始终需要同样优质的图像,这一点非常重要,这也就是我们不懈努力的原因。”

  图2说明调节的重要性。这些图像是在不同的增益设置下采集的。显然,即使符合一种情况的增益设置和调节所成的图像,换另一种工作环境,不经过新的测试和参数调节,结果也会截然不同。

图2不同的增益设置下所成图像的差别


  多通道概念前景广阔

  多通道芯片的未来一片光明。这些芯片在市场上取得的巨大成功,说明它兼备了CMOS芯片的高速和CCD芯片的图像质量。只要克服多通道技术的微弱缺陷,就可以实现这一目标。作为世界领先的工业相机设计厂商,Basler严格按照EMVA128 8标准控制和记录每个相机的图像质量,并将这些记录提供给客户。最近,四通道芯片刚刚问市,当然,主要的目标还是进一步提高相机速度。不过,对于相机厂商来讲也将会有新的挑战。


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CCD芯片? 摄像头?

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