开运全站下载：从这9点带你全方位认识图像传感器

典型图像传感器的核心是CCD单元(charge-coupleddevice，电荷耦合器件)或标准CMOS单元(complementarymeta-oxidesemiconductor，有序金属氧化物半导体)。CCD和CMOS传感器具备类似于的特性，它们被普遍应用于商业摄像机上。

不过，现代多数传感器皆用于CMOS单元，这主要是出于生产方面的考虑到。传感器和光学器件经常统合在一起用作生产晶片级摄像机，这种摄像机被用在类似于生物学或显微镜习等领域，如图1右图。图1：统合了光学器件和颜色过滤器的图像传感器的常用排序图像传感器是为符合有所不同应用于的类似目标而设计的，它获取了有所不同级别的灵敏度和质量。

想熟知各种传感器，可查询其厂商信息。例如，为了在硅基模和动态号召(用作构建光强度和颜色检测)之间有一个最差的折衷，对一个特定的半导体生产过程，须要优化每个光电二极管传感器单位的大小和构成成分。对计算机视觉而言，取样理论的效果具备最重要意义，如目标场景的像素范围就不会中用Nyquist频率。

传感器分辨率和光学器件能一起为每个像素获取充足的分辨率，以便对感兴趣特征展开光学，因此有这样的结论：兴趣特征的取样(或光学)频率应当是最重要像素(对感兴趣的特征而言)中大于像素大小的两倍。当然，对光学精度而言，两倍的过取样意味着是一个低于目标，在实际应用于中，并不更容易要求单像素宽度的特征。对于等价的应用于，要获得最差的结果，须要校准摄像机系统，以便在有所不同光照和距离条件下确认像素位深度(bitdepth)的传感器噪声以及动态范围。为了能处置传感器对任何颜色地下通道所产生的噪声和非线性号召，并且检测和校正像素坏点、处置几何失知道建模，须要发展适合的传感器处置方法。

如果用于测试模式来设计一个非常简单标定方法，这种方法在灰度、颜色、特征像素大小等方面具备由粗到细的交错，就不会看见结果。1、传感器材料硅制图像传感器应用于最甚广，当然也不会用于其他材料，比如在工业和军事应用于中会用镓(Ga)来覆盖面积比硅更长的红外波长。

有所不同的摄像机，其图像传感器的分辨率不会有所不同。从单像素光电晶体管摄像机(它通过一维直线扫瞄阵列用作工业应用于)，到普通摄像机上的二维长方形阵列(所有到球形整列的路径皆用作高分辨率光学)，都有可能中用。(本章最后不会讲解传感器配备和摄像机配备)。

普通光学传感器使用CCD、CMOS、BSI和Foveon方法展开生产。硅制图像传感器具备一个非线性的光谱号召曲线，这不会很好地感官光谱的近红外部分，但对蓝色、紫色和近紫外部分就感官得很差(如图2右图)。图2：几种硅光电二极管的典型光谱号召。可以注意到，光电二极管在900纳米附近的近红外范围内具备低的敏感度，而在跨越400纳米～700纳米的红外线范围内具备非线性的敏感度。

由于标准的硅号召的缘故，从摄像机中去除IR滤波器不会减少近红外的灵敏度。(光谱数据图像的用于已取得OSI光电股份有限公司的许可)留意，当读取原始数据，并将该数据线性化为数字像素时，不会造成硅光谱号召。传感器制造商在这个区域做到了设计补偿，然而，当根据应用于标定摄像机系统并设计传感器处置方法时，应当考虑到传感器的颜色号召。

2、传感器光电二极管元件图像传感器的关键在于光电二极管的大小或元件的大小。用于小光电二极管的传感器元件所捕捉的光子数量没用于大的光电二极管多。如果元件尺寸大于可捕捉的红外线波长(如长度为400纳米的蓝光)，那么为了校正图像颜色，在传感器设计中必需解决其他问题。

传感器厂商花费大量精力来设计优化元件大小，以保证所有的颜色能同等光学(如图3右图)。在极端的情况下，由于缺少积累的光子和传感器朗读噪声，小的传感器有可能对噪声更为脆弱。

如果二近于发光管传感器元件过于大，那么硅材料的颗粒大小和费用不会减少，这没任何优势可言。一般商业传感器设备具备的传感器元件大小最少为1平方微米，每个生产厂商会有所不同，但为了符合某些类似的市场需求不会有一些折衷。图3：基本颜色的波长分配。

留意，基本颜**域互相重合，对所有的颜色而言，绿色是一个很好的单色替代品。3、传感器配备：马赛克、Faveon和BSI图4表明了多光谱传感器设计的有所不同片内配备，还包括马赛克和填充方法。

在马赛克方法中，颜色过滤器被装在每个元件的马赛克模式上。Faveon传感器填充方法依赖颜色波长深度渗透到半导体材料的物理成分，其中每种颜色对硅材料展开有所不同程度的渗入，从而对各自的颜色展开光学。整个元件大小可限于于所有颜色，所以不必须为每种颜色分别配备元件。

图4：(左图)填充RGB元件的Foveon方法：在每个元件方位都有RGB颜色，并在有所不同的深度吸取有所不同的波长;(右图)标准的马赛克元件：在每个光电二极管上面摆放一个RGB滤波器，每个滤波器只容许特定的波长穿越每个光电二极管。偏移灯光(back-sideilluminated，BSI)传感器结构具备更大的元件区域，并且每个元件要挤满更好的光子，因而在晶粒上新的布置了传感器接线。

传感器元件的布置也影响到颜色号召。例如，图5表明了基本颜色(R、G、B)传感器以及白色传感器的有所不同排序，其中白色传感器(W)有一个十分明晰或非彩色的颜色滤波器。

传感器的排序考虑到了一定范围的像素处置，如在传感器对一个像素信息的处理过程中，不会人组在附近元件的有所不同配备中所挑选的像素，这些像素信息不会优化颜色号召或空间颜色分辨率。实质上，某些应用于意味着用于完整的传感器数据并继续执行普通的处理过程来强化分辨率或者结构其他颜色混合物。

图5：元件颜色的几个有所不同马赛克配备，还包括白色、基本RGB颜色和次要CYM元件。每种配备为传感器处理过程优化颜色或空间分辨率获取了有所不同的方法(图像来自于《BuildingIntelligentSystems》一书，并获得Intel出版社的用于许可)。整个传感器的大小也要求了镜头的大小。一般来说，镜头越大通过的光越少，因此，对摄影应用于而言，较小的传感器能更佳地限于于数字摄像机。

另外，元件在颗粒上排序的交错比(aspectratio)要求了像素的几何形状，如，4：3和3:2的交错比分别用作数字摄像机和35毫米的胶片。传感器配备的细节有一点读者去解读，这样才需要设计出有最差的传感器处理过程和图像预处理程序。

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