正確理解視覺(jué)傳感器動(dòng)態(tài)范圍

正確理解視覺(jué)傳感器動(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，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度不能產(chǎn)生有用的信息，類似地，如果數(shù)字化值大于傳感器的zui大信值，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)成等量信度與暗電流噪音水平等值，并有足夠信步進(jìn)度達(dá)到飽和的曝光信水平。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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