成像系统中光电检测器的介绍与信号处理

在客观世界里,成像系统包括具体实物或场景的二维图像成像,大多数情况下,在三维世界中的实体和平面图像之间,系统为他们提供了直接通信。

几乎所有的智能摄像和机器视觉系统都包括传感器和A-D转换器,传感器把电磁辐射能量转换成电子信号;A-D转换器把模拟信号进一步转换成可以由计算机处理的数字信号。大部分机器视觉系统的基本功能模块是相似的：

①收集辐射波并投影到图像平面的设备（例如,镜头、光学镜片）;

②光电转换器（例如,光敏二极管）;

③信息读取单元电路和信号调理电路（例如,有源像素传感器）;

④像素信号读出电路（例如,CCD移位寄存器）;

⑤时序控制电路（例如,电子快门）;(www.xing528.com)

⑥信号处理电路（例如,互相关双采样）;

⑦A-D转换器;

⑧接口模块。

首先,我们回顾一下成像系统中辐射波的相关特征,接下来介绍光电检测器接收由观测物或场景发出的光,并把它的能量转换成适合进一步处理的电子信号。在成像系统中,通常用传感器的二维阵列来解决光的二维空间^[1]。这种分布或者说阵列中,单个传感元件接收光的相对差值,此差值携带场景信息。

把光转换成电信号的线路和光电检测器,被称为感光器,它是构成视觉或者图像传感器的基本传感元件。几个基本类型的感光器用于今天的成像仪和视觉传感器上。由于传感器和读出技术的不同,在传感器阵列内部经常附加电路,从而导致像素线路更加复杂了。

对光电检测器原始信号的调理或者某种形式的预先处理通常是在像素层面完成的。像素层信号处理涵盖的范围很广,从单一的集成感光器（一个简单的标准CCD和CMOS成像仪中的缓冲器）,到像素级数字或模拟可编程微处理器（在某些先进的片上视觉系统中可以见到）。预处理的模拟信号转换成某种形式的数字形式也能在像素层面实现。本章的最后一节对早期的视觉、信号预先处理以及信号转换的像素线路做了一个概述。