23、图像传感器与数字相机技术解析

图像传感器与数字相机技术解析

1. 飞行时间（TOF）传感器

飞行时间（TOF）传感器作为接收器，与发射光的调制同步工作。在四分之一周期内，电荷存储在一个存储单元中，然后转移到下一个存储单元。由于单个周期过短，无法产生足够的电荷，因此需要在四个存储单元中收集多个周期的电荷。在积分时间结束时，可以根据存储单元中收集的电荷计算以下参数：
- 平均值：作为衡量物体亮度的指标，与普通相机传感器类似。
- 相位差：用于测量与物体的距离。
- 振幅：衡量距离测量的准确性。

由于需要大量额外的电子元件，TOF 传感器的像素占用面积是普通 CMOS 传感器像素的数倍。因此，TOF 传感器的分辨率明显低于普通相机传感器，目前最先进的分辨率为 200×200。这限制了 TOF 传感器的应用范围，但它是基于 CMOS 传感器的特殊发展的一个有趣示例。

除了 TOF 传感器，还有许多其他传感器系统也能够通过光截面、立体视觉等方法收集 3D 信息。与 TOF 传感器一样，目前大多数此类传感器的应用领域也非常有限。然而，这是一个高度动态的市场，未来几年，其中一些技术有望在图像处理领域得到广泛应用。

2. 颜色传感器

灰度图像的亮度可以用强度这一物理量来描述，因此可以在红外和紫外光下正常使用。而颜色则与人类的感知密不可分，在人类眼睛可感知的 380 - 780 nm 波长范围之外，没有颜色的定义。在工业图像处理中，常用三个通道来描述颜色，这一方法源自人类的眼睛。人类眼睛中的颜色敏感光感受器（视锥细胞）分为三种不同类型，每种类型具有不同的光谱灵敏度，因此对相同波长的光反应不同：
- L - 视锥细胞：对长波红光敏感。