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對德國視覺(jué)傳感器“動(dòng)態(tài)范圍”的理解
更新時(shí)間：2021-08-18 點(diǎn)擊次數：636次
德國視覺(jué)傳感器是整個(gè)機器視覺(jué)系統信息的直接來(lái)源，主要由一個(gè)或者兩個(gè)圖形傳感器組成，有時(shí)還要配以光投射器及其他輔助設備。視覺(jué)傳感器的主要功能是獲取足夠的機器視覺(jué)系統要處理的最原始圖像。
視覺(jué)傳感器的動(dòng)態(tài)范圍是最容易使人疑惑和誤解的地方，這是因為機器視覺(jué)系統是數字的。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）；其次是傳感器能夠數字化像素信號的電平的數量，用位數表示。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。當光子撞擊圖像傳感器的活動(dòng)像素區域時(shí)產(chǎn)生電子，傳感器將其捕獲并存儲起來(lái)以備系統讀取。撞擊活動(dòng)區域的光子數越多，產(chǎn)生的電子數就越多，在讀取的間隔中，該過(guò)程持續的時(shí)間越長(cháng)，被存儲的電子就越多。決定傳感器曝光動(dòng)態(tài)范圍的參數之一就是填充存儲阱的曝光。制造傳感器的半導體加工工藝和電路設計共同決定阱的容量或深度。
電子噪音是傳感器能夠工作的低曝光水平，盡管沒(méi)有任何光子撞擊活動(dòng)的像素區域，圖像傳感器也將以熱量發(fā)射的形式產(chǎn)生電子。要產(chǎn)生可識別的信號，必須有足夠的光子撞擊活動(dòng)的像素區域，以便在存儲阱中有比暗電流噪音所產(chǎn)生的電子數更多的電子。傳感器的低曝光率是產(chǎn)生至少與噪音電子同樣多的光電子數。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計所決定的功能，而數字動(dòng)態(tài)范圍只是由電路設計所決定的功能。圖像傳感器的數字動(dòng)態(tài)范圍只是說(shuō)明它能夠提供給視覺(jué)系統的明顯的曝光值。8位的傳感器有256個(gè)灰度級，10位的有1024個(gè)，以此類(lèi)推。表示動(dòng)態(tài)范圍的位數并不是反映傳感器能夠響應的最高曝光的必須要素，但是這兩者通常是相對應的。
比暗電流噪音水平小的等量的信號度不能產(chǎn)生有用的信息，類(lèi)似地，如果數字化值大于傳感器的最大信號值，也不會(huì )產(chǎn)生額外的信息。在實(shí)踐中，傳感器需要設計成等量信號度與暗電流噪音水平等值，并有足夠信號步進(jìn)度達到飽和的曝光信號水平。按此方式設計，視覺(jué)傳感器的數字動(dòng)態(tài)范圍與其曝光動(dòng)態(tài)范圍說(shuō)明的是同一事物，即飽和等量曝光與噪音等量曝光的比率。
