• Save
7. image sensor and its application
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

7. image sensor and its application

on

  • 1,602 views

Download slide ini di http://www.rumah-belajar.org

Download slide ini di http://www.rumah-belajar.org

Statistics

Views

Total Views
1,602
Views on SlideShare
1,338
Embed Views
264

Actions

Likes
0
Downloads
0
Comments
0

3 Embeds 264

http://rumah-belajar.org 221
http://www.rumah-belajar.org 39
http://127.0.0.1 4

Accessibility

Upload Details

Uploaded via as Microsoft PowerPoint

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

7. image sensor and its application 7. image sensor and its application Presentation Transcript

  •  Download slide di http://rumah-belajar.org
  • Aplikasi Peripheral/Device Digital Interaktif Media (Gesture)
  • SENSOR CCD (Charge Coupled Device) CMOS (Complimentary Metal Oxide Semiconductor)Berupa sekumpulan sel sensor photosite/photodetector yang mengkonversi photonmenjadi muatan (elektron). Sekumpulan sel sensor ini dikonfigurasikan dalam bentukmatriks (array). Sel ini disebut sebagai pixelChip hanya berisi sensor. Luas Chip selain berisi sensor terdapat pengolahpermukaan sensor lebih besar sinyal berupa rangkaian transistor yangdibandingkan CMOS untuk resolusi diimplementasikan dengan teknologi CMOS.(jumlah pixel ) yang sama, sehingga Pengolah sinyal berfungsi untuksensitifitas lebih tinggi mengkonversi muatan menjadi tegangan dan diberi penguatan (amplify)
  • CCD CMOS
  • Feature CMOS CCD RemarkPackaging SOC Sensor SOC : Komponen Lebih Sedikit, reliability Only lebih lebih tinggiSignal out of Pixel Voltage Electron packetSignal out of Chip Bits Voltage CCD secara alami menggunakan sinyal (digital) (analog) analog video (format NTSC, PAL, RS170)Signal out of Bits Bitscamera (digital) (digital)Fill Factor Low to High Kapasitas/daya tampung muatan moderate (electron) dari sel photositesSystem Noise moderate LowSystem Complexity Low High Semakin kompleks biasanya reliability semakin rendahSensor Complexity High LowRelative R&D Cost Higher Lower
  • Performance CMOS CCD RemarkResponsivity High Low Besarnya sinyal elektrik yg dikirim persatuan energi optic (photon)Sensitivity Low High Pada CMOS sebagian wilayah photosite digunakan untuk rangkaian amplifier  mengurangi sensitivitas. CCD iluminasi : 0,1 – 3 Lux, CMOS : 6 – 15 LuxDynamic range Low High Perbandingan level saturasi pixel terhadap ambang (threshold) sinyal . High : Lebih tahan terhadap noise (low noise)Uniformity Low High Konsistensi respon semua pixel terhadap iluminasi (cahaya) dan gelap (tanpa cahaya) . Menjadi penting untuk high speed camera yang harus menangkap level sinyal yang terbatas karena ketidakseragaman gelap akan mendegradasi citraShuttering poor Fast Kemampuan start-stop pembukaan secara sembarang High : Sangat baik untuk aplikasi machine vision (quality(electronic) control)Imaging Process High Low Kecepatan pengolahan sinyal citraWindowing High Limited Pembacaan pada porsi daerah citra tertentuAntiblooming High Low Pengosongan daerah tertentu yang terkena pencahayaan berlebihan akibat sdh melewati batas fill factor. Jika sumber cahaya memiliki intensitas yang tinggi, terjadi overflow dan mengkontaminasi pixel tetangganyaBiasing and Single Multiple jenis tegangan bias dan clockClockingPrice cheap Exp. Terkait dg teknik produksi. Fabrikasi berbasis Teknologi CMOS standar, CCD Terbatas
  • Resolusi Standar Aplikasi16x16 – 32x32 pixel Optical Mouse256x256 - 640x480 Webcam, Fingerprint (biometric), Multitouch screen1216x912 Point-and-shot Camera (Digital compact camera), Home(1.109.000 pixel) Surveilance Camera1600x1200 Scanner (CCD) , High Resolution Digital Camera (dapat(2,1 M pixel) dicetak dengan jelas dalam ukuran 4 x 5 “)2240x1680 Standard Digital Camera saat ini (dapat dicetak dengan(4 M pixel) jelas dalam ukuran 16 x 20”)4064x2704 High grade Digital camera (CCD), Personal Video(11,1 M pixel)16 Mpixel Profesional Video Camera (camera-man), CCD20 Mpixel Large Format Video Camera (setara dengan 35 mm Film), Pembuatan Film, CCD
  • KOMPONEN DASAR SISTEM KAMERA
  • Image Scanning TechniquesInterlaced Scan Progressive ScanDigunakan pada CCD terutama analog Digunakan pada CMOS dan CCD, terutamacamera digital camera, digital video cameraCitra dibagi dalam 2 field line (odd line, Citra diambil tiap line secara sequenceeven line)Citra dikirim dalam satu saat 1 field Citra dikirim dalam 1 frame (full image) padasecara bergiliran, kemudian digabung kecepatan 1 – 90 fps, high speed cameradan direfresh dengan kecepatan 25 fps 1000 fps(PAL) atau 30 fps (NTSC)BW yang diperlukan setengah dari Full BWProgressive ScanAlami pada display berstandar analog Alami pada Digital Display (Monitorvideo (NTSC, PAL, SECAM dlsb.) Komputer, HDTV)
  • Pembangkitan Warna Citra Informasi warna diperoleh dari panjang gelombang cahaya Sensor citra (photosites) CCD dan CMOS hanya mendeteksi intensitas dari cahaya, tidak mengetahui panjang gelombang dari cahaya
  • Electromagnetic Spectrum Visible Spectrum 700 nm 400 nm
  • Pembangkitan Warna Citra Untuk mendapatkan informasi warna perlu dipasang Color Filter Array (CFA) diatas pixel sensor citra untuk menangkap panjang gelombang cahaya CFA yang saat ini paling banyak digunakan untuk peralatan konsumen (camera, camcoder, scanner) adalah Bayer Filter (sering disebut sebagai GRGB Filter) Alternatif CFA yang lain :  Modifikasi dari Bayer Filter : CYYM atau RGBW  3 CCD
  • Pembangkitan Warna Citra (Bayer Filter) Color Filter Array (CFA) pada Bayer Filter memiliki pola blok persegi 2 x 2 yang masing-masing terdiri dari 1 filter warna merah (R), 2 filter warna hijau dan 1 filter warna biru (B), seringkali disebut GRGB filter Pola Bayer filter bila melingkup semua pixel dalam sensor citra akan membentuk mosaic dengan komposisi warna 50 % Hijau, 25 % Merah dan 25 % Biru. cahaya Lapisan Filter 2x2 Pixel Pola warna Penyusunan Bayer Filter pada Array Image Sensor
  • Pembangkitan Warna Citra (Bayer Filter) Pada metoda CFA setiap pixel hanya mendeteksi satu warna Warna yang lain pada pixel tersebut dihitung/diinterpolasi atas dasar warna pixel di tetangganya Metoda Interpolasi  Multivariate Interpolation Nearest-neighbour Interpolation  Bilinier Interpolation Bicubic Interpolation  Spline Interpolation Lanczos resampling Proses Demosaicing (atau CFA interpolation) : adalah proses membangkitkan warna citra dari CFA yang meliputi proses pemisahan warna dari CFA, interpolasi nilai warna yang lain dari pixel (RGB) dan rekonstruksi menjadi sebuah citra berwarna
  • Pembangkitan Warna Citra(Demosaicing) Captured Image Bayer Filter Separation Demosaicing Interpolation/estimation Process Reconstruction Reconstructed Image
  •  Alternatif CFA yang lain :  Modifikasi Bayer Filter RGBW CYYM RGBE (SONY) 3 CCD  Cahaya masuk dipisah menjadi 3 warna (oleh prisma)  Setiap warna memiliki sensor citra (CCD) tersendiri  Tidak memerlukan proses demosicing. Rekonstruksi cukup dengan menggabungkan identitas warna dari masing sensor citra
  • KOMPONEN DASAR SISTEM KAMERA
  • Camera Performance Field of View (FoV) : cakupan area dan tingkat detilasi yang dilihat  Ditentukan oleh Focal Length dan ukuran dari sensor citra (1/4”,1/3”, 1/2”, 2/3”)  3 Jenis FoV ○ Normal view : FoV sama dengan mata manusia ○ Wide Angle : FoV lebih lebar dari mata manusia ○ Telephoto : FoV lebih sempit dari mata manusia
  • Camera Performance Depth of Field (DoF) : Jarak di depan dan dibelakang titik fokus dimana obyek masih bisa terlihat dengan jelas  Ditentukan oleh Focal Length, diameter iris dan jarak kamera terhadap obyek tersebut
  • Camera Performance Focal Length (f) : secara umum menunjukan jarak terhadap lensa dimana mulai terjadi berkas sinar mengalami konvergensi (focus) atau divergen (defocus)  Dalam kamera focal length yang lebih panjang (daya optik lebih kecil) berasosiasi dengan pembesaran (magnification) dari obyek yang jauh dan FoV lebih sempit, sedangkan focal length yang pendek (daya optik lebih besar) berasosiasi dengan FoV lebih lebar
  • 28 mm Lens 50 mm Lens 70 mm Lens 210 mm Lens
  • Lensa Biasanya terdiri dari susunan Lensa, Filter, Cermin dan Prisma Lensa paling depan merupakan elemen paling kritis yang akan mempengaruhi performansi keseluruhan Lensa Obyektif untuk pengarah (konvergen cahaya). Filter : Neutral Density Filter dan IR Filter Prisma : tidak selalu ada. Biasanya ada pada SLR Camera
  • Lensa Susunan, jenis2 lensa maupun mekanisme pengaturan akan menentukan jenis dari kamera :  Point-and-shoot Camera/ Compact camera Tidak memiliki diapraghma dan mensimulasi aperture dengan ND Filter  Bridge  DSLR
  • Lensa Terdapat 3 Jenis Utama Lensa  Fixed Lens : Lensa hanya memiliki focal length yang tetap, sehingga hanya memiliki satu jenis FoV (normal, telephoto atau wide angle)  Varifocal Lens : Lensa memiliki focal length dalam kisaran (range), sehingga dapat memiliki FoV yang berbeda. FoV dapat dapat diubah secara manual. Ketika Fov diubah maka kita harus merubah Focal length  Zoom Lens : mirip seperti Varifocal length tapi focal length secara otomatis berubah sesuai perubahan FoV ○ Normal view : FoV sama dengan mata manusia ○ Wide Angle : FoV lebih lebar dengan mata manusia ○ Telephoto : FoV lebih sempit dengan mata manusia
  • Lensa Beberapa efek yang terjadi pada hasil citra kamera :  Blur : terjadi ketika citra yang ditangkap tidak pada waktu yang bersamaan akibat adanya perubahan posisi. Blur dapat diakibatkan dari ○ Keterbatasan teknologi  Proses shutering yang lambat sehingga seringkali pergerakan sedikit pada kamera pada saat mengambil gambar menyebabkan citra menjadi samar  Tidak memiliki algoritma deconvolution untuk memperbaiki blur (anti-blur)  Obyek bergerak di luar daerah titik fokus (DoF) ○ Disengaja untuk keperluan artistik
  • BLURCitra asli, Citra yang mengalami blur, Citra blur yang di dekonvolusi
  • Lensa  Flare : terjadi ketika sebaran cahaya terjadi di dalam lensa membentuk citra yang tidak dinginkan misalnya adanya pengaruh scatter dan refleksi dari bahan lensa menyebabkan timbulnya sebaran dan bayangan, efek difraksi dari sensor menghasilkan citra pelangiCahaya mengalami sebaran Bayangan di kanan bawah Citra Pelangi
  • Kompresi • Dua aspek yang dieksploitasi: – Repetition/ redundancy: suatu citra bisa memiliki pola pengulangan informasi – Irrelevancy: suatu citra memiliki data yang terlalu banyak untuk bisa dipersepsi oleh manusiaUkuran Citra TIFF JPEG JPEG (tanpa kompresi) (high quality) (low quality)640x480 1 MB 300 KB 90 KB800x600 1.5 MB 500 KB 130 KB1024x768 2.5 MB 800 KB 200 KB1600x1200 6 MB 1.7 MB 420 KB
  • Aplikasi : Optical Mouse Mouse : Mechanical, optomechanical, optical Optical mouse diperkenalkan pertama kali pada tahun 1999 oleh Agilent Technologies. Menggunakan kamera kecil yang mengambil ribuan gambar setiap detik untuk menentukan position and speed. Image Image Acquisition Processing Output System (DSP)
  •  Sensor Optical (Agilent) Interface serial dan quadrature. atas bawah Kamera kecil dengan kecepatan tinggi. Mengambil gambar 1500 frame per sekon (hingga 2300 fps). Kedalaman warna 6 bit grayscale dari 0 untuk warna hitam penuh dan 63 untuk warna putih penuh. Resolusi 16x16 pixel.
  • Cara Kerja :
  • Cara Kerja : LED menyinari permukaan kerja, dan menghasilkan pantulan yang berupa pola fitur tekstur dari permukaan berukuran mikroskopik. Pantulan tersebut akan diterima oleh sensor citra yang mengambil gambar dengan kecepatan sekitar 1500 frame per detik Rangkaian gambar pola tekstur permukaan tersebut akan diolah oleh DSP processor untuk menentukan pergerakan mouse Melalui algoritma pengolahan citra ditentukan kesamaan dari dua buah pola citra yang berurutan dan jarak antara keduanya. Informasi ini diterjemahkan ke dalam koordinat X-Y untuk menentukan pergerakan mouse.
  • Aplikasi : Barcode Reader barcode adalah informasi sejumlah nilai numerik/angka yang direpresentasikan dalam bentuk garis paralel yang memiliki lebar (width) dan jarak (spacing) tertentu. Barcode reader : Laser scanner (Portable), pen reader, omni directional (supermarket) Barcode reader bertipe kamera Menggunakan algoritma pemroses citra untuk mendecode barcode
  • Aplikasi : Barcode Reader Data Matrix : Kode 2-D matrix didesain untuk mengkode karakter dalam ruang yang kecil. Simbol Data Matrix dapat menyimpan 500 karakter Aplikasi Datamatrix : marking pada IC/PCB, mulai mengganti barcode
  •  Dengan menggunakan pola warna (standar 4 warna 5 x 5 sel), dapat menghasilkan 17 Juta pola Aplikasi : dengan mengirim matrix data pada server tertentu (dedicated server, misalnya kompas telah mneggunakan aplikasi ini), kemudian server akan mengirim balik konten digital
  • Aplikasi : Fingerprint (Biometric)
  •  Fingerprint reader : Ultrasonic, Capacitance dan Camera Camera (CCD) Menggunakan algoritma pemroses citra untuk mendecode sidik jari berdasarkan pola tertentu
  • Aplikasi : 2D Scanner Flatbed Sheet-fed Handheld Drum
  • Prinsip kerja 2D Scanner
  • Komponen 2D scanner Scan head bergerak Sumber cahaya dibawah kertas dan mengiluminasi kertas menerima cahaya kertas kosong/putih yang direflesikan akan merefleksikan oleh kertas cahaya lebih banyakSensor Citramenerimacahaya dari Cahaya direfleksikanlensa oleh sejumlah cermin
  • Aplikasi : 3D Scanner Scanning the David • 480 individually aimed scans • 2 billion polygons • 7,000 color images • 32 gigabytes • 30 nights of scanning • 22 peopleheight of gantry: 7.5 metersweight of gantry: 800 kilograms
  • Aplikasi : 3D ScannerSolve the Puzzle of Forma Urbis Roma fragment 134 fragment 156fragment 167 Forum Pacis
  • Prinsip Kerja : 3D Scanner Triangulation Principle
  • Komponen 3D scanner 4 motorized axes
  • Aplikasi : Multitouch ScreenVideo Multitouch,dan reactable
  • Frustated Total Internal Relection (FTIR) A fiduciary marker atau fiducial adalah sebuah obyek dalam bidang pandang sistem pencitraan, yang akan muncul dalam bidang citra untuk digunakan sebagai titik referensi atau titik pengukuran. Obyek ini mungkin sesuatu yang ditempatkan didalam benda atau bentuk benda itu sendiri.Keuntungan KekuranganTidak diperlukan kotak yang tertutup Diperlukan set-up khusus untuk pemancaran infra LEDBlob memiliki kontras yang kuat Memerlukan permukaan sentuh tambahan (compliant surface)Memungkinkan untuk berbagai tekanan tidak dapat menggunakan permukaan kacablobDapat mendeteksi sentuhan sekecil ujung Tidak dapat mengenali obyek atau fiducialpena (pen tip)
  • Diffuse Illumination (DI) – Rear IlluminationKeuntungan KekuranganTidak perlu permukaan sentuh tambahan Sukar untuk mendapatkan iluminasi yang(compliant surface) seragamUntuk permukaan dapat menggunakan Blob memiliki kontras yang yang rendahmaterial yang tranparan (s/w pengolahan citra perlu sangat teliti untuk mengatasi persoalan kontras)Tidak memerlukan kerangka LED Kemungkinan kesalahan yang besar untuk mendeteksi blobDapat mendeteksi obyek, jari, fiducial dan Memerlukan kotak tertutupbenda mengambang (hovering)
  • Laser Light Plane (LLP)Keuntungan KekuranganTidak perlu compliant surface Tidak dapat mendeteksi obyek dan fiducialPermukaan dapat menggunakan material Bila menggunakan 1 atau 2 buah lasertranparan emitter sentuhan satu jari dapat mengahalangi jari yang lainTidak memerlukan kerangka LED Tidak sensitif terhadap tekananTidak Memerlukan kotak tertutupSet-up paling sederhanaPaling murah dibandingkan teknik yang
  • LED Light Plane (LEDKeuntungan KekuranganTidak perlu compliant surface Tidak dapat mendeteksi obyek dan fiducialPermukaan dapat menggunakan material Obyek melayang (mungkin) dapattranparan dideteksiTidak Memerlukan kotak tertutup Hanya dapat menggunakan LED dengan berkas pancar yg sempit (narrow beam)Set-up paling sederhanaPaling murah dibandingkan teknik yanglain