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相機(jī)是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的眼睛，而相機(jī)的心臟是圖像傳感器。傳感器的選擇取決于準(zhǔn)確性、輸出、靈敏度、機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的成本以及對(duì)應(yīng)用要求的充分理解。對(duì)傳感器主要性能的基本理解能夠幫助開(kāi)發(fā)人員迅速縮小他們的查找范圍，找到合適的傳感器。

　　大多數(shù)的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的用戶(hù)認(rèn)識(shí)到相機(jī)是系統(tǒng)的關(guān)鍵要素，經(jīng)常把它當(dāng)作視覺(jué)系統(tǒng)的“芯片”。相機(jī)本身是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)：包括鏡頭、信號(hào)處理器、通訊接口，以及zui核心的部分——把光子轉(zhuǎn)換成電子的器件：圖像傳感器。鏡頭和其它的部件共同配合來(lái)支持相機(jī)的功能，傳感器zui終決定相機(jī)的zui高性能。

　　業(yè)內(nèi)的許多討論都集中在加工技術(shù)上，以及CMOS和CCD傳感器孰優(yōu)孰劣。這兩種技術(shù)都有其優(yōu)勢(shì)和不足之處，所加工的傳感器有著不同的性能。zui終用戶(hù)關(guān)心的不是傳感器是“如何”被制造出來(lái)的，而是其在zui終應(yīng)用中的表現(xiàn)。

　　在的應(yīng)用中，三個(gè)關(guān)鍵的要素決定了傳感器的選擇：動(dòng)態(tài)范圍、速度和響應(yīng)度。動(dòng)態(tài)范圍決定系統(tǒng)能夠抓取的圖像的質(zhì)量，也被稱(chēng)作對(duì)細(xì)節(jié)的體現(xiàn)能力。傳感器的速度指的是每秒鐘傳感器能夠產(chǎn)生多少?gòu)垐D像和系統(tǒng)能夠接收到的圖像的輸出量。響應(yīng)度指的是傳感器將光子轉(zhuǎn)換為電子的效率，它決定系統(tǒng)需要抓取有用的圖像的亮度水平。傳感器的技術(shù)和設(shè)計(jì)共同決定上述特征，因此系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員在選擇傳感器時(shí)必須有自己的衡量標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)的研究這些特征，將有助于做出正確的判斷。

　　正確理解動(dòng)態(tài)范圍

　　傳感器的動(dòng)態(tài)范圍是zui容易使人疑惑和誤解的地方，這是因?yàn)闄C(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是數(shù)字的。圖像的動(dòng)態(tài)范圍包括兩部分：一是傳感器能夠工作的曝光范圍（亮度的倍數(shù)）；其次是傳感器能夠數(shù)字化像素信號(hào)的電平的數(shù)量，用位數(shù)表示。這兩部分通常是緊密相關(guān)的。

　　曝光的動(dòng)態(tài)范圍表示傳感器能夠正常工作的亮度水平。當(dāng)光子撞擊圖像傳感器的活動(dòng)像素區(qū)域時(shí)產(chǎn)生電子，傳感器將其捕獲并存儲(chǔ)起來(lái)以備系統(tǒng)讀取。撞擊活動(dòng)區(qū)域的光子數(shù)越多，產(chǎn)生的電子數(shù)就越多，在讀取的間隔中，該過(guò)程持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)，被存儲(chǔ)的電子就越多。決定傳感器曝光動(dòng)態(tài)范圍的參數(shù)之一就是填充存儲(chǔ)阱的曝光。制造傳感器的半導(dǎo)體加工工藝和電路設(shè)計(jì)共同決定阱的容量或深度。

　　電子噪音是傳感器能夠工作的zui低曝光水平，盡管沒(méi)有任何光子撞擊活動(dòng)的像素區(qū)域，圖像傳感器也將以熱量發(fā)射的形式產(chǎn)生電子。要產(chǎn)生可識(shí)別的信號(hào)，必須有足夠的光子撞擊活動(dòng)的像素區(qū)域，以便在存儲(chǔ)阱中有比暗電流噪音所產(chǎn)生的電子數(shù)更多的電子。傳感器的zui低曝光率是產(chǎn)生至少與噪音電子同樣多的光電子數(shù)。只有在超過(guò)噪音等量的曝光水平時(shí)，傳感器才能產(chǎn)生有用的信息。

　　傳感器的曝光動(dòng)態(tài)范圍是由其物理和電路設(shè)計(jì)所決定的功能，而數(shù)字動(dòng)態(tài)范圍只是由電路設(shè)計(jì)所決定的功能。圖像傳感器的數(shù)字動(dòng)態(tài)范圍只是說(shuō)明它能夠提供給視覺(jué)系統(tǒng)的明顯的曝光值。8位的傳感器有256個(gè)灰度級(jí)，10位的有1024個(gè)，以此類(lèi)推。表示動(dòng)態(tài)范圍的位數(shù)并不是反映傳感器能夠響應(yīng)的zui高曝光的必須要素，但是這兩者通常是相對(duì)應(yīng)的。

　　比暗電流噪音水平小的等量的信號(hào)度不能產(chǎn)生有用的信息，類(lèi)似地，如果數(shù)字化值大于傳感器的zui大信號(hào)值，也不會(huì)產(chǎn)生額外的信息。在實(shí)踐中，傳感器需要設(shè)計(jì)成等量信號(hào)度與暗電流噪音水平等值，并有足夠信號(hào)步進(jìn)度達(dá)到飽和的曝光信號(hào)水平。按此方式設(shè)計(jì)，傳感器的數(shù)字動(dòng)態(tài)范圍與其曝光動(dòng)態(tài)范圍說(shuō)明的是同一事物：飽和等量曝光與噪音等量曝光的比率。

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