14、固态图像传感与数字成像系统的几何校准

固态图像传感与数字成像系统的几何校准

1. 固态图像传感

1.1 电荷检测电路

电荷检测电路能通过保持光电二极管电压恒定，提供高光电检测线性度。若将反馈电容替换为电阻，会形成跨阻放大器，可将光电流转换为成比例的电压，且线性度极高。不过在一定范围内，可能会存在百分之几的非线性。若要实现高度线性的测量，就需使用能保持输入电压恒定的电子电荷检测电路。这种电路需要一定的硅片空间，以目前的半导体技术，像素尺寸较大，仅实现了一维阵列，在图像传感器的每个像素中实现此类电荷检测器还不现实。因此，对线性度要求低于百分之一的光学计量图像传感应用，需借助精确校准和片外数字校正技术。

1.2 图像传感器的发展与应用

大约十年前，研究人员开始利用现代硅基半导体技术，将光敏、模拟和数字电路进行单片集成。如今，图像传感器不再局限于获取光学场景，还可具备定制集成功能，成为多种光学测量问题的关键组件。但增加复杂智能像素的定制功能并非总是最优选择，因为功能增加往往会使像素面积更多用于电子电路，导致光灵敏度降低。所以，对于每个新的光学测量问题，都需综合考虑技术和经济因素。系统解决方案不仅可考虑智能像素，也可通过片上或片外的独立电路，甚至使用商用电子元件来提供功能。

2. 数字成像系统的几何校准

2.1 校准的必要性

数字成像系统用于计量时，需对其进行校准或检查。在以下情况中，单独校准尤为有用：
- 想了解测量系统的可达到精度以及物体的测量精度。
- 因系统原因无法在测量时同时校准，需预先确定部分或全部系统参数。
- 制造商为进行质量控制，对完整成像系统或组件进行测试。
- 为后续处理