嵌入式视觉系统基本概念以及传感器的选择

再来必须考虑的是「像素间距」。因为它决定了像素的大小，而这关系到入射光子所产生的电荷有多少能够被收集。因此，较小的像素间距意味着在一个整合周期内（传感器暴露于影像中的时间）能够收集较少的电荷。若像素间距较小，则意味着捕捉影像需要更长的整合时间，这会影响到传感器捕捉快速移动中影像的能力，并且使得低光源拍照效能下降。

慎选传感器以确保量子效率

确定传感器格式后，即须考虑究竟是使用CCD、CMOS或其他更专业的技术。对此的重要参考指标是量子效率（QE）；意指组件通过光子产生电子的效率。通常，一般希望在可见光谱内QE值越高越好，这对于低光源应用也具重要意义。影响组件QE值的因素有三个：吸收、反射和透射。其中组件结构是导致QE值降低的主因，如金属导线或多晶硅闸（Poly silicon gate）等的电路吸收光子或将光子反射，导致像素在组件中被频蔽，从而使QE值降低，因此要慎选传感器。

．前照式：

对于这类组件，光子先前介绍的传统方式打在组件的前端，像素可能被遮蔽，QE进而降低。

．背照式：

这类型的组件的背板经过由后期处理削薄，以便在后端接收光照，从而不受其他设计组件的阻挡。薄型背照式组件能实现优化的QE值。

用户还必须从以下三点去考虑影像传感器中所允许的噪声：

．组件噪声：

此噪声为暂时性的，包含散粒噪声及输出放大器和复位电路产生的噪声。

．固定图像噪声（FPN）：

呈空间分布，并在相同的光照强度下，像素呈不同反应所引起的噪声。FPN通常由每个像素的不同偏移和增益响应引起；偏移部分通常称为DSNU（Dark Signal Non-Uniformity），增益部分称为PRNU（Photo Response Non-Uniformity）。有多种方法可以弥补FPN，而最常见的方法则是对输出讯号作相关二次取样。

．暗电流：

由影像传感器中的热噪声引起，甚至在无光照的情况下也会出现。暗讯号对最终影像质量的影响取决于帧率；较高的帧率下影响不大，然而，随着帧率降低（如科学应用）影响会较明显。由于暗电流与温度息息相关，故在需要低暗电流的情况下，通常是利用像PelTIer等的冷却器来降低影像组件的工作温度。

理解影像传感器的噪声模式后，便能决定要实现多大的讯号噪声比（SNR）。

动态范围代表传感器影像捕捉能力

确定组件的噪声效能后，就可以界定影像传感器所需的动态范围。动态范围代表传感器在一定光照强度范围内捕捉影像的能力，单位以dB或以比例计算。这代表一个影像中同时包含高照度与暗区。

传感器的实际动态范围由像素的满电位井容量决定，也就是像素饱和前所能承载的电子数量。将容量除以读取噪声，便能将比例转换为以dB为单位的值。

（电位井容量e-）/（读取噪声e-）

通常利用PTC（Photon Transfer Curve）测试法来确定动态范围，画出噪声与电位井容量的关系曲线。

如果组件具有数字输出，可通过以下公式利用输出端的位数计算该值。

动态范围（dB）=20 Log10（2^总线宽度）

然而，这并不代表组件的动态范围，只是说明流排宽度所能代表的潜在范围，而没有考虑传感器效能因素。

I/O标准也非常重要，不仅用来输出像素数据，亦用来输出指令和控制接口。这与帧率有关，例如LVCMOS界面不适用于高帧率应用，但却可用于简单的监控摄影机。随着帧率、分辨率和每像素位数的增加，影像传感器正朝向采用LVDS系列或SERDES技术的专用高速串行链的趋势发展。

依据应用考虑选择单色/彩色传感器

现在已经探讨了影像传感器的多个重要观点，另一个尚未考虑的则是彩色或单色传感器。无论选择彩色或单色，皆取决于应用场合。

．彩色传感器：

需在每个像素上使用贝尔图形，在一条在线交替变换红和绿色，并在下一条在线交替蓝和绿色（绿色用得较多是因为人眼对绿色波长较为敏感）。这意味着要对接收到的光子进行滤波处理，使每个像素只接收所需波长的光子。用户可以针对影像进行后续处理，以决定像素颜色，并用不同颜色围绕像素来重建每个像素上的色彩，且不会降低影像分辨率。

彩色传感器使重建和输出影像所需的图像处理链变得复杂。此外，贝尔图形确实会导致分辨率降低，但没有想象中差，通常降幅为20%。

．单色传感器：

由于影像数组上没有贝尔图形，因此每个像素能接收所有光子。如此可提升影像的灵敏度，使影像的读取更简易，因为不会产生颜色重建所需的去马赛克效应。

经选择我们决定使用CIS组件，属于复杂的系统单芯片。因此，还必须考虑以下与读取模式和整合时间相关的问题。

．整合时间：