在挑选图像传感器时,有几个关键性能指标需要考虑:分辨率、灵敏度、动态范围、帧率和噪声水平。分辨率决定了图像的精细度和清晰度,高分辨率传感器适合于需要精细检测的应用,例如医疗成像和质量控制。灵敏度则影响传感器在低光环境下的性能,高灵敏度传感器适用于夜视和安防监控。动态范围决定了传感器在高对比度场景中的表现,广泛应用于交通监控和高动态范围成像。帧率影响图像的实时性,高帧率传感器适合于运动检测和自动驾驶。噪声水平则影响图像质量,低噪声传感器对于精密测量和科学研究至关重要。以下是从这些维度评估图像传感器性能的方法:
分辨率:每帧或每幅图像的信息量由水平像素数乘以垂直像素数得出。与消费级相机不同,机器视觉应用通常不需要过高的分辨率。过高的分辨率会导致系统成本增加,因为需要更多的传感器和更大的图像处理器带宽。用户应根据目标物体和光照条件选择合适的分辨率。
光学格式:镜头聚焦的光线应与传感器的像素阵列相匹配,以充分利用传感器的分辨率。
长宽比:无论是1:1、3:2还是其他比例,传感器的最佳排列应与目标视野的布局相匹配,避免分辨率超出应用需求而造成浪费。
帧率:如果目标物体正在快速移动,则每秒需要捕捉足够的图像来“冻结”运动,并与成像空间保持一致。然而,拍摄速度应足以解决实际问题。
动态范围(DR):最大阱容和读取噪声等因素共同决定了动态范围,即最大信号与最小信号之比。动态范围越大,传感器越能捕捉从亮到暗的渐变细节。
卷帘快门与全局快门:大多数传感器支持全局快门,即所有像素行同时曝光,消除运动模糊。然而,实现全局快门可能增加成本,因此对于某些应用,卷帘快门传感器可能更合适。
像素大小:物理像素越大,能接纳的光子越多。通常,倾向于使用大像素,但这也意味着需要更多的硅面积来支持像素阵列,以及更大的光学系统,可能导致成本上升。另一方面,非常小的像素需要复杂的光路设计才能实现良好的光学分辨率。
光学传感器适用于深度感应、环境定位和交互,且是唯一能检测色彩的传感器解决方案。特别值得一提的是,配备全局快门的图像传感器能同步存储整个图像的像素信息,不产生运动模糊,因而特别适合在动态环境下使用。卷帘快门传感器则因其更宽的动态范围,在低光照条件下表现更佳。在捕捉动态场景时,全局快门传感器具有明显优势,并为开发者和制造商带来额外益处。减少运动模糊是全局快门传感器的一个重要优点。由于全局快门传感器能够一次性捕捉整个图像,因此避免了卷帘快门图像在捕捉快速移动物体时可能出现的变形和伪影问题。