12、图像采集设备：相机与传感器的全面解析

图像采集设备：相机与传感器的全面解析

在当今数字化的时代，图像采集设备无处不在，从我们日常使用的手机相机到专业的工业摄像机，它们在各个领域都发挥着重要作用。本文将深入探讨图像采集设备中的关键组件——传感器和各类相机的特点、工作原理及应用场景。

1. CMOS 传感器与相关组件

1.1 CMOS 晶体管与传感器

CMOS（互补金属氧化物半导体）晶体管在图像采集领域有着独特的工作方式。当光子入射到传感器上时，会直接影响光检测单元的导电性（或增益）。通过选择性门控可以控制曝光间隔，并且在读取之前，利用多路复用方案对信号进行局部放大。

CMOS 传感器由互补金属氧化物半导体制成，具有低功耗的优点，但对噪声更为敏感。部分 CMOS 传感器采用分层光传感器，在网格的每个位置都能对三种原色敏感，这是利用了硅对不同波长的光穿透不同深度的物理特性。

具有对数响应的 CMOS 传感器能够实现非线性灰度响应，可用于获取宽动态范围亮度的图像。通常，光传感器输出的光电流会反馈到具有对数电流 - 电压特性的电阻上，这种传感器总是采用渐进式曝光。

1.2 有源像素传感器（APS）

有源像素传感器（APS）的每个像素都有独立的放大器，可以直接选择和读取。CMOS 传感器就是一种使用光电二极管作为光探测器的有源像素传感器。电荷无需顺序传输，可通过行和列选择电路直接读取，因此可作为随机读写存储器使用。

1.3 光敏单元

光敏单元对入射光敏感，能将光信号转换为其他类型的信号（如电信号），它对应于使用 CCD 或 CMOS 的相机中的像素。

2. 传统相机及其组件 <