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相机的“Blooming”与“Smear”效应

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吴之听 发表于 2016-5-5 21:40:27 | 显示全部楼层 |阅读模式
CCD图像传感器的原理和结构使其具有灵敏度高、噪音低、图象质量较高的优点,一般CCD高速相机的动态范围在60dB左右。但在图像中有高亮度的点或区域时,CCD图像传感器存在让图像质量严重劣化的“Blooming”和“Smear”效应。接下来科天健详细向大家介绍什么是“Blooming”和“Smear”效应。

1、“Blooming”效应

当成像视场中存在亮度较高的点光源或亮区域时,CCD在亮点光源附件区域有Blooming或称为“开花”(也叫光晕或高光溢出)的效应。它是CCD传感器像素在受到强光照射时,亮点区域像元获得的光照过强,像元光电二极管在强光下产生的光电子数超过CCD电荷存储区可以存储的最大电子数而溢出,溢出的电子将沿行或列方向进入相邻像素,“污染” 相邻图像区域 (使相邻区域也饱和),图像出现Blooming “开花”(光晕)现象,Blooming会导致工业相机图像清晰度明显下降,严重影响成像的质量。


不同程度的“Blooming”会使图像出现不同程度的光晕图像,光晕图像无法真实反映要观测区域的细节信息,会丢失许多有用的信息。如焊接实时检测的图像获取系统中,如果没有特殊的抗干扰措施,焊接等离子体的强光会在CCD工业相机上产生严重的光晕,使焊接熔池中心及边缘部分的图像信息全部损失。

2、“Smear”效应
CCD高速相机视场中点光源或亮区域亮度不断提高时,Blooming不断增强,图像中亮区域的分散范围逐渐扩大,当Blooming很强时,便会出现条形光晕图像,即让图像质量严重劣化的Smear(垂直拖光)效应。Smear(垂直拖光)是视场中点光源或亮区域亮度很高时,CCD传感器像元光电二极管产生的光电子数太多,溢出的光电子进入相邻的本来被屏蔽不感光的垂直电荷传递寄存器中,或入射光经过像元光电二极管区域的反射或折射进入被屏蔽不感光的垂直电荷传递寄存器中形成光电子,造成该列上的电荷传递寄存器中有寄光强分布,导致如下图所示的Smear(垂直拖光)效应,图像质量严重劣化。



因为CCD图像传感器存在让图像质量严重劣化的“Blooming”和“Smear”效应,以及CCD的动态范围比较小,一般60dB左右,CCD高速相机很难在焊接等离子体的强光干扰下获取焊接熔池中心及边缘部分的图像细节信息,并不是特别适合获取焊接实时检测图像。


而新一代CMOS的组成结构在原理上消除了“Blooming”和“Smear”效应,使强光对相邻像元的干扰降到很小。如科天健代理的瑞士PhotonFocus是一家致力于研究开发工业CMOS图像芯片及高速相机的专业公司,采用其专利的 LinLog 技术后,像元放大器特性增益特性可程控设置为多段类对数特性,使 CMOS 器件动态范围极大的提高,最大达 120dB ,结合电子整体快门,使工业相机即使在强光下也能拍摄到形态清晰的强光中心图像,特别适合有强光背景的应用如焊接在线实时质量检测等。
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