Đề tài Thiết kế chế tạo mô hình DIAFRAM tự động

LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, sự phát triển như vũ bão của nghành công nghiệp điện tử, nghành công nghiệp công nghệ thông tin đòi hỏi nghành công nghiệp cơ khí chế tạo máy cũng phải có bước phát triển tương xứng. Sự kết hợp các nghành này đã sản xuất ra hàng loạt các sản phẩm hiện đại trong tất cả các lĩnh vực phục vụ cho cuộc sống ngày càng văn minh của con người. Các sản phẩm này, từ các thiết bị đo lường, nghe nhìn, điện tử tin học cho đến các dây chuyền sản xuất hiện đại, lại là sự kết hợp giữa các nghành điện – điện tử - tin học – cơ khí và một nghành nữa, có trong hầu hết các sản phẩm hiện đại, đó là chuyên nghành quang – quang điện tử. Có thể nói, trong các sản phẩm yêu cầu độ chính xác cao, kích thước nhỏ gọn, mẫu mã đẹp đều sử dụng kỹ thuật quang – quang điện tử. Hơn nữa, sự phát triển mạnh mẽ của công nghiệp vi điện tử và bán dẫn sản xuất nên các cảm biến quang rất đa dạng với kích thước rất nhỏ và giá thành của các sản phẩm này thì lại rất rẻ. Điều này đặc biệt thuận lợi cho việc học tập, nghiên cứu, từ đó đưa ra được các sản phẩm mới, có thể được đưa vào sản xuất và được chấp nhận bỏi người tiêu dùng cũng như xã hội trong điều kiện đất nước còn nghèo. Mô hình Diafram điều khiển tự động trong đồ án tốt nghiệp này cũng không ngoài mục đích trên. Mô hình này cũng dựa trên tư tưởng kết hợp giữa điện, điện tử, cơ và sử dụng quang trở làm cảm biến, điều khiển trực tiếp bằng ánh sáng nhìn thấy. Tuy nhiên, do giới hạn trong khuôn khổ một đồ án tốt nghiệp, thời gian không nhiều và trình độ hạn chế nên ở mặt này, mặt kia chắc chắn không thể không có sai sót. Rất mong nhận được sự chỉ giáo của các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn CKCX-QH, cũng như tất cả những ai hiểu biết về lĩnh vực này. Tác giả xin được cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn CKCX-QH đã chỉ bảo trong quá trình học tập và thiết kế tốt nghiệp. Đặc biệt, tác giả xin được cảm ơn thầy giáo Chu Tiến Rảo đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn trong quá trình thiết kế tốt nghiệp. Hà Nội, tháng 05 – 2006. Dương Hồng Cang MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i MỤC LỤC ii Chương 1 NGUYÊN LÝ CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA CAMERA GHI HÌNH 1 1.1. TỔNG QUÁT VỀ CAMERA 1 1.1.1.Sơ đồ khối của camera 1 Điều này cung cấp cho ống ghi ánh sáng trắng dịu (soft) vốn là sự phối hợp của tất cả ánh sáng và các màu sắc đưa vào. Lúc đó mạch hiệu chỉnh (mạch định mức trắng) có thể thiết lập một sự hòa trộn chính xác các màu ĐỎ, LỤC và DƯƠNG theo yêu cầu để cung cấp sự cân bằng màu toàn thể cho cảnh quan. 3 1.1.2.Nguyên tắc hoạt động của camera 6 1.2. CẢM BIẾN TRONG CAMERA 6 1.2.1. Thiết bị ghép điện tích (CCD) 6 1.2.2. Cấu trúc CCD 7 1.2.3. Quét cách dòng trong CCD 11 1.2.4. Cấu trúc của camera CCD đơn 12 1.2.5. Tỷ số tín hiệu trên tạp âm (SNR) của CCD 12 1.3. XỬ LÝ TÍN HIỆU TRONG CAMERA SỐ 13 1.3.1. ADC 13 1.3.2. Nén vùng sáng 14 1.3.3. Sửa lỗi gamma digital 16 1.3.4. Sửa mầu digital 16 1.3.5. Điều khiển lộ sáng 17 1.3.6. Hội tụ tự động 18 1.3.7. Mã hóa trong camera 18 1.4. ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA CAMERA SỬ DỤNG CCD 19 Chương 2 NGUYÊN LÝ CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA DIAFRAM TỰ ĐỘNG 21 2.1. NGUYÊN LÝ CẤU TẠO 21 2.1.1. Khái niệm 21 2.1.2. Cấu tạo 25 2.2. ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG DIAFRAM 25 2.2.1. Một số phương pháp điều khiển động cơ dẫn động đóng - mở Diafram. 25 2.2.2.Ưu nhược điểm của các phương pháp điều khiển ở trên 28 2.2.3. Chọn phương pháp điều khiển tự động Diafram 29 Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU ĐIỀU CHỈNH TỰ ĐỘNG DIAFRAM 30 3.1. CÁC ĐẠI LƯỢNG TRẮC QUANG 30 3.1.1. Quang thông 30 3.1.2. Cường độ sáng 32 3.1.3. Độ trưng sáng và độ chói sáng 34 3.1.4. Độ rọi sáng 37 3.1.5. Định luật Lambert 38 3.2. TÍNH TOÁN HÀM ĐỘ RỌI CỦA ẢNH TRÊN CCD [1] 39 3.3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DIAFRAM 42 3.3.1. Các thông số cho trước 42 3.3.2. Thông số thiết kế 44 3.3.3. Thiết kế biên dạng của các lá chắn đóng - mở Diafram 45 Chương 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔ HÌNH VÀ ĐIỀU KHIỂN 46 4.1. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ 46 4.1.1. Một số khái niệm cơ bản 46 4.1.2. Chọn dạng, tính toán và thiết kế động cơ. 65 4.2. CẢM BIẾN QUANG VÀ CHỌN CẢM BIẾN QUANG 73 4.2.1. Một số cảm biến quang thông dụng 73 4.2.2. Chọn cảm biến. 88 4.3. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN TỬ. 89 4.3.1. Sơ đồ nguyên lý của
709. 89 4.3.2. Sơ đồ nguyên lý của
741 92 4.3.3. Nguyên lý hoạt động của mạch điện điều khiển động cơ đóng – mở Diafram. 94 4.4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHẦN CƠ 96 4.4.1. Tính toán thiết kế các lá chắn của Diafram 96 4.4.2. Tính toán thiết kế trục động cơ 105 4.4.3. Tính toán bu-lông bậc chịu lực ngang [6] 108 4.4.4. Tính toán và chọn kích thước ổ lăn 109 KẾT LUẬN 113 PHỤ LỤC A TÀI LIỆU THAM KHẢO a Chương 1 NGUYÊN LÝ CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA CAMERA GHI HÌNH 1.1. TỔNG QUÁT VỀ CAMERA / 1.1.1. Sơ đồ khối của camera 1.1.1.1. Ống kính (lens) Hầu hết các máy quay, dù là dùng phim nhựa hay dùng băng video, ống kính là một trong những khối quan trọng nhất. Trong máy quay phim nhựa, hình ảnh qua ống kính được ghi lên phim; trong máy quay video, hình ảnh được ghi lên bia ống ghi (hình 1-2) hay lên chíp CCD (hình 1-3), sau đó được đổi từ dạng quang thành tín hiệu điện. Ống kính, gồm nhiều thấu kính, tập trung ánh sáng rọi vào trên một mặt, gọi là mặt phẳng tiêu (focal plane). Bia ảnh (target) của ống ghi được đặt tại mặt phẳng tiêu và tiêu cự (focus length) là khoảng cách từ tâm quang của ống kính đến mặt phẳng tiêu. Máy quay video thường được lắp ống kính zoom, đây là loại ống kính mà tiêu cự tác dụng của nó có thể thay đổi trong một phạm vi. Tỷ số 6:1 có thể thực hiện tiêu cự từ 11 đến 66mm. 1.1.1.2. Các kính lọc (filter) Như đối với máy quay phim nhựa, máy quay video cũng dùng các kính lọc. Hầu hết các máy quay đều sử dụng kính lọc hiệu chỉnh nhiệt độ màu sẵn có để đổi màu ánh sáng trong nhà/ngoài trời. Ngoài kính lọc này, máy quay video còn dùng các kính lọc khác trên đường ánh sáng, nằm giữa thấu kính và ống ghi. Kính lọc này thường được ghép với khóa điện định mức trắng để tạo độ tán tiêu (defocusing) chính xác từ hình ảnh đưa vào. / / Điều này cung cấp cho ống ghi ánh sáng trắng dịu (soft) vốn là sự phối hợp của tất cả ánh sáng và các màu sắc đưa vào. Lúc đó mạch hiệu chỉnh (mạch định mức trắng) có thể thiết lập một sự hòa trộn chính xác các màu ĐỎ, LỤC và DƯƠNG theo yêu cầu để cung cấp sự cân bằng màu toàn thể cho cảnh quan. Tùy vào ống ghi, người ta sử dụng hai loại kính lọc căn bản. Kính lọc loại bỏ tia hồng ngoại (infrared cut filter) và kính lọc cho qua ánh sáng thấp (low pass filter). 1.1.1.3. Ống ghi và chíp CCD (pick-up tube & CCD chip) Ống ghi dùng trong camera màu gồm 4 loại căn bản: VIDICON, NEWVICON, SATICON, và TRINICON. Trong các camera đời mới, người ta dùng chíp CCD (charge coupled device: linh kiện kết nối điện tích) thay cho ống ghi. 1.1.1.4. Mạch tiền khuyếch đại Mạch tiền khuyếch đại là mạch khuyếch đại có tạp âm thấp, trở kháng ngả vào cao, nhận thông tin hình ảnh thô hiện lên bia của ống ghi và khuyếch đại chúng đến một mức dùng được để đưa vào mạch xử lý và mạch mã hóa màu. 1.1.1.5. Mạch kích thích chíp CCD (CCD driver) CCD là một chíp có tác dụng chuyển đổi ánh sáng đưa vào thành tín hiệu điện (gọi là “tín hiệu điện tích”). Mạch kích thích chíp CCD, còn gọi là mạch cảm biến, dùng để tạo ra các loại xung định thời khác nhau kích thích khối CCD nhằm thực hiện việc tích điện và truyền sự hoạt động trong CCD. Mạch còn xử lý tín hiệu trước tín hiệu CCD ra, loại bỏ các thành phần nhiễu, chỉnh độ lợi tự động (AGC), chỉnh hệ số tương phản (gamma). 1.1.1.6. Mạch xử lý và mã hóa màu (process & encoding circuit) Trong sơ đồ khối, mạch xử lý và mã hóa màu bao gồm nhiều mạch điện. Mạch xử lý tín hiệu độ chói, xử lý tín hiệu độ màu, mạch AGC, ALC (tự chỉnh độ lợi, tự chỉnh ánh sáng), tạo tín hiệu NTSC, chỉnh cân bằng mức trắng, xử lý âm thanh, và mạch cảm nhận tín hiệu hình phát lại ra. 1.1.1.7. Nguồn cấp điện (power supply) Trong camera dùng ống ghi (pick-up tube), người ta sử dụng 2 nguồn cấp điện, nguồn cấp điện thế cao (HV, <2000V) cung cấp cho CRT ống ghi và cả CRT ống ngắm điện tử (EVF – electronic viewfinder), nếu có. Trong hầu hết các trường hợp, nguồn điện thế cao này lấy từ phần quét ngang, khá giống máy thu hình tiêu chuẩn. Nguồn điện thế thấp (LV) gồm có một hay nhiều nguồn ổn thế, lấy từ chuẩn 12VDC đưa vào camera, cấp điện cho các mạch khác nhau. Với camera dùng chíp CCD, không cần có điện cao cung cấp cho ống ghi, nên người ta sử dụng nguồn DC 12V. Nguồn 12VDC này được cho qua mạch chuyển đổi DC-DC, lấy ra các mức 3,5V; 5V; 8V; 9V; 15V cấp cho các mạch điện. 1.1.1.8. Mạch tạo xung đồng bộ (sync generator) Do camera màu được vận hành từ điện DC và là nguồn phát tín hiệu hình (truyền tín hiệu TV), chúng phải tự tạo cho mình độ ổn định, trang bị mạch phát đa chức năng để cung cấp các tín hiệu hàng dọc, hàng ngang, chuẩn màu, xóa đường hồi, và các mạch khác cần có để tạo ra tín hiệu hình NTSC ổn định. Thông thường mạch này được thực hiện trong một IC MOS chuyên dùng với sự điều khiển của mạch dao động thạch anh. 1.1.1.9. Kính ngắm (view finder) Một số camera kiểu cũ, dùng kính ngắm quang học (optical viewfinder), loại này nhìn thấy cảnh vật trong phạm vi của kính ngắm, không có sự kết nối với ống kính. Cải thiện hơn, người ta dùng kính ngắm xuyên ống kính (TTL viewfinder). Ảnh của đối tượng thu vào ống kính được lăng kính chia thành 2 đường, một vào kính ngắm và một vào bia ảnh ống ghi. Hai loại trên là kiểu kính ngắm dạng quang, hiện nay ít dùng; mà hầu như tất cả đều dùng kính ngắm điện tử (EVF – electronic viewfinder), loại này không những cho phép nhìn cảnh trí trung thực, mà còn được sử dụng như một minitor để kiểm tra chất lượng hình ảnh vừa ghi. 1.1.1.10. Các mạch điều khiển (control circuits) Các mạch điều khiển có thể đơn giản như điều khiển GHI/TẠM DỪNG và phức tạp như điều khiển tuyến dữ liệu nối tiếp do bộ vi xử lý tạo ra, cung cấp đầy đủ các chức năng điều khiển VCR từ xa. Mở cảnh (fade in) và đóng cảnh (fade out), tiêu đề video (video title), chỉ thị thời gian hoạt động (elapsed time), đảo hình (reverse video), chỉ thị chế độ của hệ thống (system status), tăng/giảm AGC (AGC switching), và chỉnh nguồn sáng sau lưng (back light) là tất cả các ví dụ về các đặc tính điều khiển sẵn có trên các máy quay khác nhau. 1.1.2. Nguyên tắc hoạt động của camera Như mắt người, khi camera thu một cảnh tự nhiên, nó phải đưa ảnh đó vào đúng tiêu cự. Ngày nay, hầu hết camera đều sử dụng bộ cảm biến ghép điện tích CCD. Tín hiệu ánh sáng từ đối tượng quay sau khi đi qua hệ thấu kính, qua Diafram để điều chỉnh độ rọi được in lên mặt ghi hình trong các camera dùng ống ghi hay in lên mặt mạch cảm ứng như các camera dùng CCD hoặc CMOS để chuyển đổi từ tín hiệu quang sang tín hiệu điện sau đó ghi lên thiết bị nhớ. 1.2. CẢM BIẾN TRONG CAMERA Bộ cảm biến trong camera thực hiện hai nhiệm vụ: -Biến đổi ảnh quang thành ảnh điện tử. -Quét ảnh điện tử và phân phối tín hiệu điện tử. Hiện nay hầu hết các camera hiện đại dùng các bộ cảm biến CCD. 1.2.1. Thiết bị ghép điện tích (CCD) CCD là một thiết bị gồm các mạch tích hợp thực hiện hai quá trình cảm thụ ảnh: lưu trữ và đọc ra (quét). CCD được thiết kế trên một mảng tế bào hai chiều giống như các điểm ảnh. Mỗi tế bào trong mảng CCD có hai chế độ. Chế độ lưu trữ, ở chế độ này điện tử được nạp và tích tụ trong tế bào tương ứng với năng lượng ánh sáng tác động lên tế bào. Chế độ chuyển, ở đây các điện tử được nạp trong tế bào có thể di chuyển đến một tế bào gần kề, cả hàng ngang cũng như hàng dọc theo cấu trúc của tế bào. Chế độ chuyển cả dòng tế bào, thậm chí cả mảng tế bào hai chiều, được thực hiện đồng thời để từng bước thực hiện chuyển nội dung nạp của các dòng, các hàng tế bào hoặc toàn bộ hình ảnh. Nói chung, các CCD gồm có hai mảng tế bào: một là vùng tạo ảnh, hai là vùng đọc được lớp che phủ ánh sáng ngăn cách. Chế độ chuyển đạt được sử dụng để di chuyển ảnh điện tử từ vùng tạo ảnh sang vùng đọc (thường ở trong chu kỳ xóa dòng). Trong thời gian tích cực của ảnh, vùng tạo ảnh được đặt trong chế độ lưu trữ, còn vùng đọc sử dụng chế độ chuyển đạt để chuyển phần ảnh được nạp tới cổng ra. 1.2.2. Cấu trúc CCD CCD bao gồm ba cấu trúc cơ bản được sử dụng rộng rãi trong các camera hiện đại. Sự khác nhau giữa các cấu trúc CCD là cách thức bố trí vùng tạo ảnh, vùng đọc và cách thức chuyển đạt. 1.2.2.1. Cấu trúc chuyển khung (FT – Frame Transfer) / Hình 1-4 là một cấu trúc chuyển khung FT. Vùng tạo ảnh được đặt trên vùng đọc. Vùng đọc được che khuất bởi một lớp phủ để không cho ánh sáng tác động vào. Chức năng lưu trữ được thực hiện ở vùng tạo ảnh trong khoảng thời gian tích cực của ảnh. Trong khoảng thời gian xóa mành, toàn bộ vùng lưu trữ được chuyển vào vùng đọc theo chiều dọc. Các tế bào của mỗi dòng được chuyển xuống đồng thời một dòng và quá trình này lặp lại cho mỗi dòng của ảnh. Nếu ảnh có 480 dòng, sẽ có 480 quá trình truyền trong khoảng thời gian một mành. Trong khoảng thời gian xóa dòng, một dòng tại một thời điểm trong vùng đọc được chuyển theo chiều dọc tới mảng đọc của một dòng ngang. Còn trong khoảng thời gian dòng tích cực, mảng ngang được khóa để chuyển các điểm ảnh sang bên phải đến đầu ra video. Do quá trình tích nạp trong vùng ảnh không thể dừng lại khi đang chuyển tới vùng đọc, hơn nữa, quá trình chuyển này phải mất một lượng thời gian xác định (cỡ 1ms) nên hiệu ứng “vết chuyển” sẽ xuất hiện trên và dưới vùng sáng rõ của ảnh. Trong camera CCD ứng dụng cấu trúc chuyển khung, hệ thống quang học cần đến một cơ cấu cơ học đặc biệt để loại bỏ hiệu ứng này. Trên thực tế, bộ tạo ảnh FT ít được sử dụng trong các camera ghi hình chất lượng cao. 1.2.2.2. Cấu trúc chuyển liên dòng (IT – Interline Transfer) Hình 1.5 mô tả cấu trúc chuyển liên dòng IT. Cấu trúc này được xây dựng theo kiểu chèn mảng tạo ảnh và mảng đọc theo chiều ngang lần lượt trên cơ sở một điểm ảnh, nhằm tạo ra chip có kích thước nhỏ hơn cấu trúc chuyển khung. Ảnh quang được tập trung trên toàn bộ vùng này. / Các tế bào đọc được che khuất về phương diện quang học, ánh sáng từ ảnh chiếu đến các vùng này sẽ bị mất, vì vậy độ nhậy của chíp sẽ giảm xuống. Trong một số CCD cấu trúc chuyển liên dòng, một mảng vi thấu kính được đặt lên các tế bào và như vậy sẽ khôi phục được độ nhạy của chip. Tất nhiên sử dụng vi thấu kính sẽ làm tăng giá thành của thiết bị, song đó là biện pháp khá hữu hiệu để nâng cao độ nhạy của chip CCD. Quá trình lưu trữ trong cấu trúc chuyển liên dòng xẩy ra ở mọi thời điểm trừ khi chuyển dòng. Quá trình nạp vào các tế bào được truyền theo hàng ngang tới mảng đọc. Trong khoảng xóa dòng, mảng đọc được dịch xuống dưới một dòng cho mảng đọc ngang, mảng đọc sau đó sẽ bị khóa lại trong khoảng thời gian tích cực của dòng để đưa đến đầu ra video. Cấu trúc CCD chuyển liên dòng thường không cần đến cơ cấu cơ học phức tạp để loại bỏ “vết chuyển”. Tuy nhiên điều tương tự như trong CCD chuyển khung với chỗ sáng nhất do sự che khuất quang học của các tế bào đọc được chèn không hoàn hảo. Hiệu ứng này có thể gây nên những đường dọc xuất hiện ở vùng sáng nhất của ảnh. 1.2.2.3. Cấu trúc chuyển liên dòng – khung (FIT – Frame Interline Transfer) Hình 1.6 mô tả cấu trúc FIT, kết hợp các đặc điểm của hai cấu trúc FT và IT. Trong thời gian xóa mành, toàn bộ ảnh được chuyển tới các thanh ghi đã được chèn, sau đó được chuyển tiếp xuống mảng đọc. Trong thời gian tích cực của ảnh, quá trình đọc xẩy ra giống như trong cấu trúc FT. / Do toàn bộ quá trình chuyển của mảng tạo ảnh xẩy ra với khoảng thời gian rất bé (khoảng thời gian xóa mành) và ngay trong các thanh ghi bị che quang, nên không cần thiết phải có cơ cấu để loại bỏ “vết chuyển” và cũng không xẩy ra vấn đề gì đối với vùng sáng nhất. Có thể nói đây là cấu trúc thích hợp nhất cho các camera chuyên dùng. 1.2.3. Quét cách dòng trong CCD Với ba cấu trúc nêu trên, có thể nói đó là quá trình quét liên tiếp của CCD. Tất nhiên, nếu CCD có một dòng tế bào cho mọi dòng của ảnh được quét cách dòng và mặc nhiên trong cấu trúc FIT có thể bị khóa để chỉ chuyển các dòng lẻ hay các dòng chẵn tới các thanh ghi chuyển theo chiều dọc, kết quả là sẽ tạo nên quét cách dòng ở đầu ra video. Điều này làm tăng độ nhạy của chip CCD và mảng đọc chỉ cần phải lưu giữ một nửa trên tổng số dòng. Nhược điểm của phương pháp này là có thể gây ra chồng phổ mành biểu hiện dưới dạng các biên dòng nhọn, nên cần phải có các bộ lọc quang để hạn chế nó. Ngoài ra, có thể thực hiện liên tiếp với chu kỳ mành và xử lý số tín hiệu thành cấu trúc quét cách dòng. Ở đây có hai phương thức thực hiện: một là loại bỏ các dòng lẻ (hoặc chẵn) ở đầu ra của CCD và mở rộng những dòng còn lại theo tiêu chuẩn. Phương pháp này khá đơn giản, song nó lại loại bỏ một nửa tín hiệu, làm suy giảm tỉ số tín hiệu trên tạp âm SNR (Signal-to-Noise Ratio). Phương pháp thứ hai là lưu trữ bằng kỹ thuật số hai dòng từ CCD và kết hợp hai dòng kề nhau để tạo ra tín hiệu quét cách dòng. Phương pháp này không gây tổn hao SNR và khắc phục được vấn đề chồng phổ song trong một chừng mực nào đó lại gây nên sự suy giảm độ phân giải mành. Nói chung cả hai phương pháp quét trong CCD đều yêu cầu thanh ghi dòng của CCD phải có tốc độ gấp đôi so với phương pháp quét dòng trực tiếp. 1.2.4. Cấu trúc của camera CCD đơn / Trong các camera chuyên dùng, tương ứng với ba mầu cơ bản RGB sử dụng ba CCD. Cơ cấu camera RGB này đảm bảo tái tạo ảnh với chất lượng cao nhất trong hệ thống chuyên nghiệp, song lại quá đắt đối với thị trường camera dân dụng. Các camera một CCD hay còn gọi camera CCD đơn được phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu thị trường dân dụng (hình 1-7). Một bộ lọc quang mầu được đặt trên các tế bào của CCD. Trong quá trình xử lý tín hiệu, ba thành phần mầu RGB đạt được bằng cách lấy mẫu tín hiệu video tại ba pha như đã chỉ ra trên hình 1-7. Phần còn lại của quá trình xử lý tín hiệu tương tự như đã nêu trong các loại camera có ba CCD. 1.2.5. Tỷ số tín hiệu trên tạp âm (SNR) của CCD Nói chung tạp âm xuất hiện trong bộ tạo ảnh CCD là do tạp âm quang điện tử (hiệu ứng chụp ảnh điện tử). Các chỉ tiêu SNR của một CCD phụ thuộc vào kích thước của điểm ảnh. Điểm ảnh lớn cho phép thu nhận được nhiều ánh sáng của ảnh quang làm tăng SNR, tuy nhiên điểm ảnh lớn, kích thước chip CCD tăng, bộ phận quang – cơ vì thế có thể tăng lớn làm tăng giá thành camera. 1.3. XỬ LÝ TÍN HIỆU TRONG CAMERA SỐ / Nói chung, tín hiệu ra từ các thiết bị CCD được lấy mẫu theo điểm ảnh và cấu trúc dòng của CCD song có biên độ analog. Tín hiệu sau đó được khuếch đại một cách tuyến tính đến mức phù hợp cho quá trình xử lý tiếp theo bao gồm: chuyển đổi AD, các bước xử lý khác nhau trong miền số. Bất cứ một động thái xử lý phi tuyến nào trong miền tương tự cũng nên tránh, nhằm đảm bảo tính ổn định của hệ thống (hình 1.9). 1.3.1. ADC Bất kỳ một quá trình ADC nào cũng đều thực hiện theo bốn bước đó là lấy mẫu, nhớ mẫu, lượng tử hóa và mã hóa. Cấu trúc điểm ảnh của CCD được thực hiện ngay trong giai đoạn lấy mẫu theo thời gian và tín hiệu video được truyền nhịp nhàng từ giá trị điểm ảnh này đến giá trị điểm ảnh tiếp theo. Quá trình lấy mẫu các giá trị điểm ảnh như thế này có thể được biểu diễn tương tự trên hình 1.7 và các thành phần RGB được lấy từ một CCD đơn. Quá trình lượng tử hóa sẽ tạo nên các thành phần tạp âm của chính nó, để tạp âm lượng tử không làm suy giảm SNR của camera, SNR của quá trình lượng tử hóa phải được thiết lập ở mức lớn 6dB được xác định theo công thức: SNR = 6,02N + 10,8 + 15,6 + 6[dB] (1.3) Trong đó thành phần 15,6 dB là mức bảo vệ vùng sáng. Trên cơ sở này ITU.Rec.BT 601 đã đưa ra khuyến nghị chọn lượng tử hóa 10 bit đối với các camera số. 1.3.2. Nén vùng sáng Dải động của CCD là tỷ số tín hiệu đầu ra cao nhất có thể có của CCD với mức tạp âm của nó. Thông thường, mức tín hiệu tối đa (đỉnh trắng) được thiết lập chủ yếu dưới điểm bão hòa của bản thân CCD, trừ lại điểm cuối của đỉnh để báo vệ vùng sáng nhất của CCD nhằm tránh sự bão hòa gây ra những hiệu ứng xấu cho quá trình xử lý tín hiệu tiếp the