CMOS传感器的工作原理和主要特点实现精确的图像评估

　基于光电效应，图像传感器将光子转换成电荷。与CCD传感器(电荷耦合器件)不同，CMOS传感器(互补金属氧化物半导体)直接将像素中的电荷转化为电压。电压被放大和量化以产生输出数字值。

　如今的CMOS传感器以其高帧率和出色的图像质量而闻名。在高性能工业相机中，它们可以实现精确的图像评估。在大多数应用中，CCD传感器已经被不断发展的技术所取代。下图说明了CMOS传感器的基本功能和主要特性。

　1)满井容量[e–]和饱和容量[e–]

　像素被视为阱，阱的全容量被视为阱中可以存储的电子的数量。这对应于将产生这种电子的光子的数量(饱和辐照度)。用于表征相机的实际饱和容量是以不同方式从相机图像直接测量的。该值通常小于全井容量。如果对比成像传感器数据和相机数据，这种差异可能会引起讨论。高饱和容量允许更长的曝光时间。如果一个像素曝光过度，它将被设置为DN，它不包含任何有用的信息。

　2)灵敏度阈值(AST)[e–]

　灵敏度阈值描述了相机可以从图片中的噪声中区分有用图像信息的光子数(最小可检测辐射)。这意味着阈值越低，相机越灵敏。在极弱光应用中，您应该考虑AST。它比仅仅提到QE更重要，因为AST结合了QE、暗噪声和散粒噪声(由光子的量子特性引起)。该值由SNR等于1的值决定(信号与噪声一样大)。

　3)时间暗噪声[e–]

　即使传感器没有被照亮，每个像素也将显示(暗)信号。随着曝光时间和温度的增加，在没有光的情况下，每个像素都会产生电子。这种暗信号变化被称为暗噪声(电子测量)。对于大多数应用，低暗噪声是。暗噪声与光子散粒噪声和量化噪声一起描述了相机噪声。

　4)动态范围[dB]

　动态范围(DR)是饱和辐照度和最小可检测辐照度之间的比率。测量单位为DR dB。具有高DR的相机可以在单个图像中为暗区和亮区提供更详细的图像信息。因此，在图像中有暗区和亮区或者光照条件快速变化的应用中，高DR尤为重要。

　5)量子效率[%]

　成像传感器将光子转换成电子。转换率和量子效率(QE)取决于波长。光子转化为电子越多，传感器对光越敏感，从图像中可以获得的信息就越多。相机中测得的值可能与图像传感器供应商的数据不同，因为相机可能使用了防护玻璃或滤镜。

　6)信噪比(SNRmax)[dB]

　信噪比(SNR)是灰度值(校正暗值)和信号噪声之间的比率。通常以dB为单位。信噪比主要取决于k和暗噪声。信噪比随着光子数的增加而增加。饱和辐照度达到信噪比(SNRmax)。

　7)K系数（数字编号DN/e–）

　相机将来自图像传感器的电子信号(E–)转换成数字信号(DN)。这种转换由整个系统的增益K来描述，用每个电子(E–)的数字数(DN)来测量。需要k个电子来增加1 DN的灰度级。系数k取决于相机设计。k因子的轻微增加可以以饱和容量为代价来改善线性度。