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對德國視覺傳感器“動態范圍”的理解
更新時間：2021-08-18 點擊次數：1523次
德國視覺傳感器是整個機器視覺系統信息的直接來源，主要由一個或者兩個圖形傳感器組成，有時還要配以光投射器及其他輔助設備。視覺傳感器的主要功能是獲取足夠的機器視覺系統要處理的最原始圖像。
視覺傳感器的動態范圍是最容易使人疑惑和誤解的地方，這是因為機器視覺系統是數字的。圖像的動態范圍包括兩部分：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的。
曝光的動態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像素區域時產生電子，傳感器將其捕獲并存儲起來以備系統讀取。撞擊活動區域的光子數越多，產生的電子數就越多，在讀取的間隔中，該過程持續的時間越長，被存儲的電子就越多。決定傳感器曝光動態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，盡管沒有任何光子撞擊活動的像素區域，圖像傳感器也將以熱量發射的形式產生電子。要產生可識別的信號，必須有足夠的光子撞擊活動的像素區域，以便在存儲阱中有比暗電流噪音所產生的電子數更多的電子。傳感器的低曝光率是產生至少與噪音電子同樣多的光電子數。只有在超過噪音等量的曝光水平時，傳感器才能產生有用的信息。
傳感器的曝光動態范圍是由其物理和電路設計所決定的功能，而數字動態范圍只是由電路設計所決定的功能。圖像傳感器的數字動態范圍只是說明它能夠提供給視覺系統的明顯的曝光值。8位的傳感器有256個灰度級，10位的有1024個，以此類推。表示動態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生有用的信息，類似地，如果數字化值大于傳感器的最大信號值，也不會產生額外的信息。在實踐中，傳感器需要設計成等量信號度與暗電流噪音水平等值，并有足夠信號步進度達到飽和的曝光信號水平。按此方式設計，視覺傳感器的數字動態范圍與其曝光動態范圍說明的是同一事物，即飽和等量曝光與噪音等量曝光的比率。
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