Videometry and Contactless Measurement

Login to access the course.
This is a grouped course. It consists of several seperate subjects that share learning materials, assignments, tests etc. Below you can see information about the individual subjects that make up this subject.
Videometry and Contactless Measurement (Main course) B3M38VBM1
Credits 6
Semesters Winter
Completion Assessment + Examination
Language of teaching Czech
Extent of teaching 2P+2L
Annotation
Náplní předmětu je problematika optoelektronických senzorů a jejich použití v systémech bezkontaktního měření na principech videometrie; problematika záření a vlnění, jejich vlastnosti, chování; optická projekční soustava. V rámci předmětu se řeší lab. úlohy, dále se řeší, prakticky realizuje a prezentuje hodnocený projekt optoelektrického snímače.
Course outlines
1. Úvod do problematiky videometrie a bezdotykového měření; optické záření, jeho vlastnosti
2. Polovodičové detektory záření, fotodiody, fototranzistory, základní obvody
3. Polovodičové zdroje záření, LED, LASER
4. Fotodiodové snímače polohy, triangulační snímače, snímače s PSD
5. MOS kapacitor a PN přechod jako detektor optického záření, posuvný registr CCD, řádkové snímače
6. Plošné snímače CCD, uspořádání, princip funkce jednotlivých typů
7. Snímače CCD - vlastnosti a analýza chyb, kamery a jejich funkce (el. závěrka, AES, AGC, Gama kor.)
8. Obrazový senzor CMOS, uspořádání, vlastnosti, typy, způsoby řízení a čtení výstupní informace
9. Optická projekční soustava, vlastnosti a chování, použití
10. Výpočty pro volbu optických soustav používaných ve videometrii, meze rozlišovací schopnosti
11. Videosignál dle televizních norem, jeho digitalizace a přenos do mikropočítače, rozhraní dig. kamer
12. Obrazové senzory - reálné vlastnosti, chyby, fotonový šum, šumy senzoru, limity rozlišení
13. Základní metody zpracování informace z obrazových senzorů pro měření polohy a rozměrů objektů
14. Osvětlovače a zdroje strukturovaného osvětlení pro systémy počítačového vidění
Literature
Durini, Daniel, ed. 2019. High Performance Silicon Imaging: Fundamentals and Applications of CMOS and CCD Sensors. 2. vyd. Woodhead Publishing. Předchozí vydání z roku 2014 dostupné jako e-kniha přes knihovnu.

Sinha, P. K. 2012. Image Acquisition and Preprocessing for Machine Vision Systems. Bellingham, Wash: SPIE Press. Dostupná jako e-kniha přes knihovnu.
Videometry and Contactless Measurement B3M38VBM
Credits 6
Semesters Winter
Completion Assessment + Examination
Language of teaching Czech
Extent of teaching 2P+2L
Annotation
This course focuses on CCD and CMOS video sensors, and optoelectronic sensors in general and their use in contactless videometric measurement systems. Further optical radiation, its features, behavior and its use for acquiring object parameters, optical projection system, design of measurement cameras and processing of their signal will be presented. Students will design, realize and debug an independent project - 'Optoelectronic reflective sensor', during labs.
Study targets
Teach: Basics - optoelectronic sensors and optical projection system
Course outlines
1. Introduction to videometry and contactless measurement, optical radiation and its behavior
2. Semiconductor radiation detectors, photodiodes, semiconductor radiation sources, LED, LASER
3. Optoelectronic position sensors, triangulation sensors, laser scanning sensors, laser rangefinders
4. Sensors for infrared radiation, ultrasound sensors for measurement and robotics
5. MOS capacitor as an optical radiation detector, CCD shift register, CCD line sensors
6. CCD area sensors, arrangement, principle of operation (Full Frame, Frame Transfer, Interline Transfer)
7. CCD sensors, features and limitation, CCD cameras and their function
8. CMOS image sensor, construction, arrangement, features and its control
9. Microwave radar sensors, position measurement
10. Optical projection systems and their design, resolution limitation
11. Videosignal standards, videosignal digitalization and computer interfacing, digital camera interfaces
12. Optical radiation sources, lighting sources for measurement, structured light sources, scene lighting
13. Design of compact CMOS cameras with internal image processing for positional control
14. Design of automatic videometric inspection systems
Exercises outlines
In the first section of labs, students will acquaint themselves with basic optoelectronic sensors by measuring their parameters. Using this knowledge they will independently solve a project: Optoelectronic reflective sensor. This will include design of electronic circuits, selection of component parameters and simulation of the whole system. Then the students will realize and debug this project and measure its parameters. An important part of this will be creating documentation throughout the project. The complete project will be presented and defended in class. The final section of labs will deal with image sensor, cameras, optical projection systems and other sensors for contactless measurement.
Literature
[1] Saleh, B. E. A. / Teich, M. C.: Fundamentals of Photonics, ISBN-10: 0-471-35832-0, Wiley Series in Pure and Applied Optics, 2007
(knihovna ČVUT 2 ks + příp. zakoupit)

[2] Holst, G.: CMOS/CCD sensors and camera systems, JCD Publishing 2007
Requirements
Knowledge of electronics, passing B3B31EPO "Electronic devices and circuits", or equivalent, BE5B31ZEO Fundamentals of Electrical Circuits