CMOS图像传感器：像素设计基础与计算机视觉

CMOS图像传感器（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Image Sensor）是一种常用于数字图像捕捉的传感器技术。它通过将光转换为电信号，并通过像素设计和计算机视觉算法处理这些信号，实现图像的获取和分析。本文将详细介绍CMOS图像传感器的像素设计基础和计算机视觉的应用，并提供相应的源代码示例。

1. CMOS图像传感器的像素设计基础

1.1 像素结构
CMOS图像传感器的基本单元是像素（Pixel）。每个像素由光电转换器（Photodiode）和信号放大器（Signal Amplifier）组成。光电转换器负责将入射光转换为电荷，并将其累积在电容器中。信号放大器负责将电荷转换为电压信号，并提供放大增益。

1.2 像素电路
每个像素还包含一系列的电路，用于控制、放大和传输信号。其中，重要的电路包括选择传输门（Select Transfer Gate）、重置传输门（Reset Transfer Gate）和输出传输门（Output Transfer Gate）。这些传输门通过控制开关动作，实现对电荷的选择、重置和输出。

1.3 像素读出
通过选择传输门和输出传输门的操作，像素中的电荷可以被读出。读出的电荷信号经过放大器放大后，转换为电压信号。这些电压信号可以通过模数转换器（Analog-to-Digital Converter，简称ADC）转换为数字信号，供计算机进一步处理和分析。

2. 计算机视觉的应用

2.1 图像获取
CMOS图像传感器广泛应用于图像获取领域。通过控制传感器阵列中的每个像素，可以实时捕捉到相应场景的图像。这些图像