Videometrie a bezkontaktní měření

B232 - Letní 23/24
Toto je tzv. shluknutý kurz. Skládá se z několika samostatných předmětů, které sdílejí výukové materiály, úkoly, testy apod. Níže si můžete zobrazit informace o jednotlivých předmětech tvořících tento shluk.

Videometrie a bezkontaktní měření - B3M38VBM1

Hlavní kurz
Kredity 6
Semestry zimní
Zakončení zápočet a zkouška
Jazyk výuky čeština
Rozsah výuky 2P+2L
Anotace
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.
Cíle studia
Naučit: Základy optoelektronických senzorů a optické projekční soustavy
Osnovy přednášek
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
Osnovy cvičení
V laboratorních cvičeních se nejdříve řeší úlohy základních optoel. snímačů a určení jejich vlastností. Na základě poznatků a s využitím znalostí z ostatních předmětů každý student samostatně řeší projekt "Návrh a realizace optoel. snímače polohy". V rámci domácí přípravy navrhne koncepci snímače a jeho strukturu, vypočte parametry součástek, případně vytvoří program pro mikrokontrolér. S využitím volně dostupného simulátoru odsimuluje chování obvodů snímače. V laboratoři pak postupně sestavuje snímač (včetně potřebných el. obvodů), oživí jej, stanoví jeho parametry a porovná je s požadavky zadání. K projektu vytvoří dokumentaci - vývojovou zprávu a prospekt ("firemní katalogový list"). Projekt následně prezentuje (powerpoint) a obhájí vlastní řešení projektu, vývojovou zprávu i prospekt. Podle úrovně splnění obdrží bodové hodnocení započítávané ke zkoušce. V následující části semestru se cvičí laboratorní úlohy, které se věnují obrazovým senzorům, kamerám, optické projekční soustavě i dalším senzorům pro bezkontaktní měření.
Literatura
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.
Požadavky
Znalost elektroniky, absolvování předmětu B3B31EPO "Elektronické prvky a obvody", nebo ekvivalentu, např. B2B31ZEOA "Základy elektrických obvodů", nebo B1B31EOS Elektrické obvody

Videometrie a bezdotykové měření - B3M38VBM

Kredity 6
Semestry zimní
Zakončení zápočet a zkouška
Jazyk výuky čeština
Rozsah výuky 2P+2L
Anotace
Náplní předmětu je problematika obrazových senzorů CCD, CMOS a optoelektronických senzorů obecně i jejich použití v systémech bezkontaktního měření na principech videometrie. Dále to je záření a vlnění, jejich vlastnosti, chování a využití pro získání informace o objektu, optická projekční soustava, návrh měřicích kamer a zpracování jejich signálu. V rámci laboratoří studenti také vyřeší jeden samostatný projekt - návrh a realizace optoel. snímače polohy.
Cíle studia
Naučit: Základy optoelektronických senzorů a optické projekční soustavy
Osnovy přednášek
1. Úvod do problematiky videometrie a bezdotykového měření; optické záření, jeho vlastnosti
2. Polovodičové detektory záření, fotodiody, polovodičové zdroje záření, LED, LASER
3. Fotodiodové snímače polohy, triangulační snímače, laserové skenovací snímače, laserové dálkoměry
4. Senzory pro snímání v infračervené oblasti, ultrazvukové senzory pro měření a robotiku
5. MOS kapacitor jako detektor optického záření, CCD posuvný registr, CCD řádkové snímače
6. CCD plošné snímače, uspořádání , princip funkce typů (Full Frame, Frame Transfer, Interline Transfer)
7. CCD snímače - vlastnosti a analýza chyb, CCD kamery a jejich funkce (El. závěrka, AES, AGC, Gama kor.)
8. CMOS obrazový senzor, uspořádání, vlastnosti, způsoby řízení a čtení výstupní informace
9. Mikrovlnné radarové snímače, měření polohy a vlastnosti objektů
10. Základní vlastnosti a výpočet optických soustav používaných ve videometrii, meze rozlišovací schopnosti
11. Videosignál dle televizních norem, jeho digitalizace a přenos do mikropočítače, rozhraní dig. kamer
12. Zdroje záření, osvětlovací zdroje pro měření, zdroje strukturovaného světla, způsoby osvětlení scény
13. Návrh kompaktní CMOS kamery s vnitřním zpracováním obrazu pro řízení polohy mechanismů
14. Návrh automatických videometrických výrobních inspekčních systémů
Osnovy cvičení
V laboratorních cvičeních se nejdříve řeší úlohy základních optoel. snímačů a určení jejich vlastností. Na základě poznatků a s využitím znalostí z ostatních předmětů každý student samostatně řeší projekt "Návrh a realizace optoel. snímače polohy". V rámci domácí přípravy navrhne koncepci snímače a jeho strukturu, vypočte parametry součástek, případně vytvoří program pro mikrokontrolér. S využitím volně dostupného simulátoru odsimuluje chování obvodů snímače. V laboratoři pak postupně sestavuje snímač (včetně potřebných el. obvodů), oživí jej, stanoví jeho parametry a porovná je s požadavky zadání. K projektu vytvoří dokumentaci - vývojovou zprávu a prospekt ("firemní katalogový list"). Projekt následně prezentuje (powerpoint) a obhájí vlastní řešení projektu, vývojovou zprávu i prospekt. Podle úrovně splnění obdrží bodové hodnocení započítávané ke zkoušce. V následující části semestru se cvičí laboratorní úlohy, které se věnují obrazovým senzorům, kamerám, optické projekční soustavě i dalším senzorům pro bezkontaktní měření.
Literatura
[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 (knihovna ČVUT 1 ks + příp. zakoupit)
Požadavky
Znalost elektroniky, absolvování předmětu B3B31EPO "Elektronické prvky a obvody", nebo ekvivalentu, např. B2B31ZEOA "Základy elektrických obvodů", nebo B1B31EOS Elektrické obvody