傳(chuan)感器是一種檢測(ce)(ce)(ce)裝置(zhi)，能(neng)感受到被(bei)測(ce)(ce)(ce)量的(de)信(xin)(xin)息(xi)，并能(neng)將檢測(ce)(ce)(ce)感受到的(de)信(xin)(xin)息(xi)，按(an)一定(ding)規律變換成為電(dian)信(xin)(xin)號或其他所需形(xing)式(shi)的(de)信(xin)(xin)息(xi)輸(shu)出，以(yi)滿足信(xin)(xin)息(xi)的(de)傳(chuan)輸(shu)、處理、存(cun)儲、顯示、記錄和控制(zhi)等要(yao)求(qiu)。它是實現自動(dong)檢測(ce)(ce)(ce)和自動(dong)控制(zhi)的(de)首要(yao)環節。

現代科學技(ji)(ji)術的(de)發展(zhan)不斷(duan)(duan)地向檢(jian)測(ce)技(ji)(ji)術提(ti)出新的(de)要求，同時也推進了(le)(le)檢(jian)測(ce)技(ji)(ji)術的(de)發展(zhan)，新的(de)傳感(gan)器不斷(duan)(duan)出現，使(shi)檢(jian)測(ce)技(ji)(ji)術產生了(le)(le)巨(ju)大的(de)變(bian)化。那么，如何根據具體的(de)測(ce)量(liang)目的(de)、測(ce)量(liang)對象以(yi)及測(ce)量(liang)環境合理地選用傳感(gan)器，就成(cheng)了(le)(le)工程(cheng)技(ji)(ji)術人員經常(chang)遇到(dao)的(de)問(wen)題。

1、根據測量對象與測量環境確定傳感器的類型

要進(jin)行—個具體的(de)測(ce)量(liang)工作(zuo)，首先要考(kao)慮(lv)采用何種原(yuan)理(li)(li)的(de)傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)，這(zhe)需要分析(xi)多方(fang)(fang)面的(de)因素之后才(cai)能確定。因為(wei)，即使是(shi)測(ce)量(liang)同(tong)一物理(li)(li)量(liang)，也有多種原(yuan)理(li)(li)的(de)傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)可(ke)供選用，哪一種原(yuan)理(li)(li)的(de)傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)更(geng)為(wei)合適，則需要根(gen)據被測(ce)量(liang)的(de)特點和(he)傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)的(de)使用條件考(kao)慮(lv)以下一些具體問(wen)題：量(liang)程的(de)大小；被測(ce)位置對傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)體積的(de)要求(qiu)；測(ce)量(liang)方(fang)(fang)式(shi)為(wei)接觸式(shi)還是(shi)非接觸式(shi)；信號的(de)引出方(fang)(fang)法，有線或是(shi)非接觸測(ce)量(liang)；傳(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)的(de)來源，國產還是(shi)進(jin)口，價(jia)格能否承受，還是(shi)自行研制。
在考慮上述問題之(zhi)后(hou)就能(neng)確(que)定選(xuan)用何種類型的(de)傳感(gan)器，然(ran)后(hou)再考慮傳感(gan)器的(de)具體性能(neng)指標。
2、靈敏度的選擇
通(tong)常，在傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)線性范圍內，希望傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)靈(ling)敏度(du)越(yue)(yue)高(gao)越(yue)(yue)好。因為只(zhi)有靈(ling)敏度(du)高(gao)時，與被(bei)測(ce)量(liang)(liang)變化對應的(de)(de)(de)輸出信(xin)號(hao)(hao)的(de)(de)(de)值才(cai)比較大，有利(li)于信(xin)號(hao)(hao)處理(li)。但要注意的(de)(de)(de)是，傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)靈(ling)敏度(du)高(gao)，與被(bei)測(ce)量(liang)(liang)無關的(de)(de)(de)外(wai)界噪(zao)聲(sheng)也(ye)容易混入(ru)，也(ye)會被(bei)放大系統放大，影響(xiang)測(ce)量(liang)(liang)精度(du)。因此(ci)，要求傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)本身應具有較高(gao)的(de)(de)(de)信(xin)噪(zao)比，盡員減少從外(wai)界引(yin)入(ru)的(de)(de)(de)廠擾信(xin)號(hao)(hao)。
傳感器的(de)靈敏(min)(min)度是(shi)有方向(xiang)性的(de)。當被測量(liang)是(shi)單向(xiang)量(liang)，而且對(dui)其方向(xiang)性要求較高(gao)，則應選(xuan)擇其它(ta)方向(xiang)靈敏(min)(min)度小(xiao)的(de)傳感器；如果被測量(liang)是(shi)多維向(xiang)量(liang)，則要求傳感器的(de)交叉靈敏(min)(min)度越小(xiao)越好(hao)。
3、頻率響應特性
傳(chuan)感(gan)器(qi)的頻(pin)率響應特性(xing)決(jue)定了被測量的頻(pin)率范圍，必須在(zai)允許頻(pin)率范圍內保(bao)持不失(shi)真的測量條件，實際上傳(chuan)感(gan)器(qi)的響應總有—定延遲(chi)，希(xi)望延遲(chi)時間越(yue)(yue)短越(yue)(yue)好。
傳(chuan)(chuan)感(gan)器的(de)(de)頻率(lv)響應高，可測的(de)(de)信(xin)號(hao)頻率(lv)范圍就寬(kuan)，而由于(yu)受到結構特性的(de)(de)影(ying)響，機(ji)械系統(tong)的(de)(de)慣(guan)性較大，因有(you)頻率(lv)低(di)的(de)(de)傳(chuan)(chuan)感(gan)器可測信(xin)號(hao)的(de)(de)頻率(lv)較低(di)。
在動態(tai)測量中(zhong)，應(ying)根(gen)據信(xin)號的特點(穩態(tai)、瞬態(tai)、隨機等)響應(ying)特性，以免產生過火的誤差(cha)。
4、線性范圍
傳(chuan)感(gan)器(qi)的線形范(fan)(fan)圍(wei)(wei)是指輸(shu)出與(yu)輸(shu)入成正比的范(fan)(fan)圍(wei)(wei)。以理論上講，在此范(fan)(fan)圍(wei)(wei)內，靈敏度保持定(ding)(ding)(ding)值(zhi)。傳(chuan)感(gan)器(qi)的線性(xing)范(fan)(fan)圍(wei)(wei)越寬，則其量(liang)程(cheng)越大，并且能保證一定(ding)(ding)(ding)的測量(liang)精度。在選擇(ze)傳(chuan)感(gan)器(qi)時，當傳(chuan)感(gan)器(qi)的種類確定(ding)(ding)(ding)以后首(shou)先要看其量(liang)程(cheng)是否滿足(zu)要求(qiu)。
但實際(ji)上，任何傳(chuan)感(gan)器都不能(neng)保(bao)證(zheng)絕(jue)對(dui)的線性(xing)，其線性(xing)度(du)也是相(xiang)對(dui)的。當所要求(qiu)測量精度(du)比較低時，在一定的范圍(wei)內，可將非線性(xing)誤(wu)差較小(xiao)的傳(chuan)感(gan)器近(jin)似看作線性(xing)的，這會給測量帶來大(da)的方便(bian)。
5、穩定性
傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器使(shi)用一段時(shi)間(jian)后，其性(xing)能保持不變(bian)化的能力稱(cheng)為(wei)穩(wen)定(ding)(ding)性(xing)。影(ying)響傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器長期穩(wen)定(ding)(ding)性(xing)的因(yin)素除傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器本身結(jie)構(gou)外，主要(yao)是傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器的使(shi)用環境(jing)。因(yin)此，要(yao)使(shi)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器具有良好的穩(wen)定(ding)(ding)性(xing)，傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器必須(xu)要(yao)有較強的環境(jing)適應能力。
6、精度
精(jing)度(du)是(shi)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)一個重(zhong)要的(de)(de)(de)性能指標，它(ta)是(shi)關系到整(zheng)個測(ce)量系統測(ce)量精(jing)度(du)的(de)(de)(de)一個重(zhong)要環節。傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)精(jing)度(du)越高，其價格越昂(ang)貴，因此，傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)精(jing)度(du)只(zhi)要滿足整(zheng)個測(ce)量系統的(de)(de)(de)精(jing)度(du)要求就(jiu)可(ke)以(yi)(yi)，不必選得過(guo)高。這(zhe)樣就(jiu)可(ke)以(yi)(yi)在滿足同一測(ce)量目的(de)(de)(de)的(de)(de)(de)諸(zhu)多(duo)傳(chuan)感(gan)器(qi)中選擇比較便宜和簡單的(de)(de)(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)。
如果(guo)測量目的是定性分析的，選(xuan)用重復(fu)精(jing)度高的傳感器即可，不宜選(xuan)用絕對量值精(jing)度高的；如果(guo)是為了定量分析，必須(xu)獲得精(jing)確的測量值，就(jiu)需(xu)選(xuan)用精(jing)度等級能滿(man)足要(yao)求的傳感器。
對某些特殊使用場合，無法選到合適的(de)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)，則需自(zi)行設(she)計制(zhi)造傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)。自(zi)制(zhi)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)的(de)性能應滿足使用要求。

目前，如何(he)選(xuan)(xuan)擇機器視覺(jue)傳感器在當代的應(ying)用可謂(wei)是越(yue)來越(yue)廣泛，如何(he)選(xuan)(xuan)擇機器視覺(jue)傳感器是值(zhi)得我們(men)(men)好(hao)好(hao)學(xue)習(xi)的，現(xian)在我們(men)(men)就深(shen)入(ru)了解如何(he)選(xuan)(xuan)擇機器視覺(jue)傳感器。

相機(ji)是機(ji)器(qi)(qi)視(shi)覺(jue)系統的(de)(de)(de)眼(yan)睛，而相機(ji)的(de)(de)(de)心(xin)臟是圖像傳感器(qi)(qi)。傳感器(qi)(qi)的(de)(de)(de)選擇取(qu)決于準確性(xing)、輸出(chu)、靈敏度(du)、機(ji)器(qi)(qi)視(shi)覺(jue)系統的(de)(de)(de)成本以及對(dui)應(ying)用(yong)要求的(de)(de)(de)充分(fen)理(li)解。對(dui)傳感器(qi)(qi)主(zhu)要性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)基本理(li)解能(neng)夠幫助(zhu)開發人(ren)員迅速縮(suo)小他(ta)們的(de)(de)(de)查找(zhao)(zhao)范圍，找(zhao)(zhao)到合(he)適的(de)(de)(de)傳感器(qi)(qi)。

大(da)多數的機(ji)器(qi)視覺系(xi)統(tong)的用戶認識到相機(ji)是系(xi)統(tong)的關鍵要素，經(jing)常把(ba)它當作(zuo)視覺系(xi)統(tong)的“芯(xin)片”。相機(ji)本身是一個復雜的系(xi)統(tong)：包括鏡頭、信(xin)號處理(li)器(qi)、通訊接口(kou)，以及核心(xin)的部分——把(ba)光子轉換成電子的器(qi)件：圖像傳感器(qi)。鏡頭和其它的部件共同配(pei)合(he)來支(zhi)持相機(ji)的功能，傳感器(qi)決定相機(ji)的高(gao)性(xing)能。

在(zai)指(zhi)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)應用(yong)(yong)中，三(san)個(ge)關(guan)鍵的(de)(de)(de)要素決(jue)定(ding)(ding)了傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)的(de)(de)(de)選擇：動(dong)態范圍、速度(du)和響(xiang)應度(du)。動(dong)態范圍決(jue)定(ding)(ding)系(xi)統能(neng)夠(gou)抓(zhua)取的(de)(de)(de)圖(tu)像(xiang)的(de)(de)(de)質量(liang)，也被稱作對細節的(de)(de)(de)體現能(neng)力(li)。傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)的(de)(de)(de)速度(du)指(zhi)的(de)(de)(de)是(shi)每秒鐘傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)能(neng)夠(gou)產(chan)生(sheng)多少張圖(tu)像(xiang)和系(xi)統能(neng)夠(gou)接(jie)收到的(de)(de)(de)圖(tu)像(xiang)的(de)(de)(de)輸出(chu)量(liang)。響(xiang)應度(du)指(zhi)的(de)(de)(de)是(shi)傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)將(jiang)光子(zi)(zi)轉換為電子(zi)(zi)的(de)(de)(de)效率，它決(jue)定(ding)(ding)系(xi)統需要抓(zhua)取有(you)(you)用(yong)(yong)的(de)(de)(de)圖(tu)像(xiang)的(de)(de)(de)亮度(du)水平(ping)。傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)的(de)(de)(de)技(ji)術和設(she)計共(gong)同決(jue)定(ding)(ding)上述特征，因(yin)此系(xi)統開發人員在(zai)選擇傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感器(qi)(qi)時必須有(you)(you)自己的(de)(de)(de)衡量(liang)標準(zhun)，詳細的(de)(de)(de)研(yan)究這些特征，將(jiang)有(you)(you)助于(yu)做出(chu)正確的(de)(de)(de)判斷。

正確理解動態范圍

傳感(gan)器(qi)的(de)(de)動態范(fan)圍(wei)是(shi)(shi)容易使人疑惑和誤解的(de)(de)地方，這是(shi)(shi)因為機器(qi)視覺系統是(shi)(shi)數(shu)(shu)字(zi)的(de)(de)。圖像的(de)(de)動態范(fan)圍(wei)包括兩(liang)部分：一是(shi)(shi)傳感(gan)器(qi)能(neng)夠工作的(de)(de)曝光范(fan)圍(wei)（亮度的(de)(de)倍(bei)數(shu)(shu)）；其(qi)次是(shi)(shi)傳感(gan)器(qi)能(neng)夠數(shu)(shu)字(zi)化像素(su)信號的(de)(de)電(dian)平的(de)(de)數(shu)(shu)量，用位數(shu)(shu)表示(shi)。這兩(liang)部分通常是(shi)(shi)緊密相關(guan)的(de)(de)。

曝光(guang)(guang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)動(dong)態(tai)范圍表示(shi)傳(chuan)感(gan)器(qi)能夠正常工(gong)作的(de)(de)(de)(de)(de)(de)亮(liang)度水平。當光(guang)(guang)子(zi)撞(zhuang)擊圖像傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)活動(dong)像素區域(yu)時(shi)產生電(dian)子(zi)，傳(chuan)感(gan)器(qi)將其(qi)捕獲并存儲起來(lai)以(yi)備(bei)系統讀(du)(du)取(qu)。撞(zhuang)擊活動(dong)區域(yu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)子(zi)數(shu)越(yue)多，產生的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)子(zi)數(shu)就(jiu)越(yue)多，在讀(du)(du)取(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)間隔中，該過程持續的(de)(de)(de)(de)(de)(de)時(shi)間越(yue)長，被存儲的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)子(zi)就(jiu)越(yue)多。決定(ding)傳(chuan)感(gan)器(qi)曝光(guang)(guang)動(dong)態(tai)范圍的(de)(de)(de)(de)(de)(de)參數(shu)之一(yi)就(jiu)是填充存儲阱的(de)(de)(de)(de)(de)(de)曝光(guang)(guang)。制造傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)半導體加(jia)工(gong)工(gong)藝和電(dian)路設計共同決定(ding)阱的(de)(de)(de)(de)(de)(de)容量或深度。

電(dian)(dian)子(zi)噪音(yin)(yin)(yin)是傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器能夠(gou)工作的(de)(de)(de)(de)(de)min曝(pu)光(guang)水平(ping)，盡管沒有(you)(you)任何光(guang)子(zi)撞擊活動的(de)(de)(de)(de)(de)像素(su)區域，圖像傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器也(ye)將以熱(re)量(liang)發射(she)的(de)(de)(de)(de)(de)形式(shi)產(chan)(chan)生(sheng)電(dian)(dian)子(zi)。要產(chan)(chan)生(sheng)可(ke)識別的(de)(de)(de)(de)(de)信號，必須有(you)(you)足夠(gou)的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)子(zi)撞擊活動的(de)(de)(de)(de)(de)像素(su)區域，以便在存儲(chu)阱中有(you)(you)比暗電(dian)(dian)流噪音(yin)(yin)(yin)所產(chan)(chan)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)數更多的(de)(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)子(zi)。傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器的(de)(de)(de)(de)(de)min曝(pu)光(guang)率(lv)是產(chan)(chan)生(sheng)至少與噪音(yin)(yin)(yin)電(dian)(dian)子(zi)同(tong)樣多的(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)電(dian)(dian)子(zi)數。只有(you)(you)在超過噪音(yin)(yin)(yin)等量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)曝(pu)光(guang)水平(ping)時，傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器才能產(chan)(chan)生(sheng)有(you)(you)用的(de)(de)(de)(de)(de)信息(xi)。

傳(chuan)感器(qi)的(de)(de)(de)曝(pu)光動(dong)(dong)態(tai)范(fan)圍是(shi)由(you)其物理和(he)電路設(she)計所決(jue)定(ding)的(de)(de)(de)功(gong)能(neng)，而數(shu)字動(dong)(dong)態(tai)范(fan)圍只(zhi)是(shi)由(you)電路設(she)計所決(jue)定(ding)的(de)(de)(de)功(gong)能(neng)。圖像傳(chuan)感器(qi)的(de)(de)(de)數(shu)字動(dong)(dong)態(tai)范(fan)圍只(zhi)是(shi)說明它能(neng)夠提供給視覺系(xi)統(tong)的(de)(de)(de)明顯的(de)(de)(de)曝(pu)光值。8位(wei)(wei)的(de)(de)(de)傳(chuan)感器(qi)有(you)256個灰度級，10位(wei)(wei)的(de)(de)(de)有(you)1024個，以此(ci)類(lei)推(tui)。表示動(dong)(dong)態(tai)范(fan)圍的(de)(de)(de)位(wei)(wei)數(shu)并不是(shi)反映傳(chuan)感器(qi)能(neng)夠響應的(de)(de)(de)max曝(pu)光的(de)(de)(de)必須要(yao)素，但是(shi)這(zhe)兩者通常是(shi)相對應的(de)(de)(de)。

比(bi)暗電(dian)流噪音水平(ping)小的(de)(de)(de)等(deng)量的(de)(de)(de)信(xin)(xin)號(hao)度(du)不(bu)能產(chan)生有用的(de)(de)(de)信(xin)(xin)息(xi)，類似地，如果數字(zi)化值大于(yu)傳感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)max信(xin)(xin)號(hao)值，也不(bu)會(hui)產(chan)生額外的(de)(de)(de)信(xin)(xin)息(xi)。在實踐中(zhong)，傳感(gan)器(qi)需要設計成等(deng)量信(xin)(xin)號(hao)度(du)與暗電(dian)流噪音水平(ping)等(deng)值，并有足夠信(xin)(xin)號(hao)步進度(du)達到飽和(he)(he)的(de)(de)(de)曝(pu)光(guang)信(xin)(xin)號(hao)水平(ping)。按此方式設計，傳感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)數字(zi)動態范(fan)圍與其曝(pu)光(guang)動態范(fan)圍說明的(de)(de)(de)是同(tong)一事(shi)物：飽和(he)(he)等(deng)量曝(pu)光(guang)與噪音等(deng)量曝(pu)光(guang)的(de)(de)(de)比(bi)率。

交互作用決定取舍

傳感(gan)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)動(dong)態范(fan)圍(wei)一定程(cheng)度(du)上決定機器(qi)(qi)視覺(jue)系(xi)統所(suo)產生的(de)(de)(de)(de)圖像(xiang)(xiang)質(zhi)量，位數越(yue)高(gao)，系(xi)統能夠分辨的(de)(de)(de)(de)圖像(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)細節就(jiu)越(yue)細微。對更低的(de)(de)(de)(de)暗(an)電(dian)(dian)流(liu)噪(zao)音和(he)高(gao)精(jing)度(du)的(de)(de)(de)(de)需(xu)求(qiu)的(de)(de)(de)(de)日益提高(gao)，使傳感(gan)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)成(cheng)本變(bian)得越(yue)來(lai)越(yue)昂貴。然而，不是(shi)所(suo)有的(de)(de)(de)(de)應用(yong)都需(xu)要(yao)精(jing)細的(de)(de)(de)(de)圖像(xiang)(xiang)。因此，設(she)計(ji)(ji)師(shi)們設(she)計(ji)(ji)了不同動(dong)態范(fan)圍(wei)的(de)(de)(de)(de)傳感(gan)器(qi)(qi)供(gong)選擇。例如，郵包分揀或電(dian)(dian)子生產檢查，8位的(de)(de)(de)(de)動(dong)態范(fan)圍(wei)就(jiu)可以有效(xiao)地工作。但是(shi)，醫療和(he)空中偵察就(jiu)需(xu)要(yao)14位的(de)(de)(de)(de)動(dong)態范(fan)圍(wei)。應用(yong)需(xu)求(qiu)還對傳感(gan)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)第二項特(te)征速度(du)提出(chu)了要(yao)求(qiu)

速(su)度是(shi)比動態范(fan)圍(wei)更直觀的(de)(de)(de)(de)特(te)征，它只是(shi)衡(heng)量傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器采(cai)集和傳(chuan)(chuan)(chuan)送圖(tu)像到系(xi)統的(de)(de)(de)(de)速(su)度有多(duo)快(kuai)。傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器的(de)(de)(de)(de)速(su)度也包(bao)括兩個(ge)方面：一個(ge)是(shi)幀(zhen)(zhen)頻，也就是(shi)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器傳(chuan)(chuan)(chuan)送像素(su)數據(ju)到系(xi)統所(suo)需(xu)要(yao)的(de)(de)(de)(de)時間。另外(wai)就是(shi)傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器為了(le)采(cai)集一幅有用(yong)的(de)(de)(de)(de)圖(tu)像所(suo)需(xu)的(de)(de)(de)(de)曝光時間。幀(zhen)(zhen)頻永遠(yuan)都不會比曝光時間快(kuai)，因(yin)此幀(zhen)(zhen)頻是(shi)用(yong)來說明傳(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器性能的(de)(de)(de)(de)通用(yong)量值。

在(zai)加工檢查類的(de)(de)應(ying)用中，傳感器的(de)(de)速(su)(su)度(du)決(jue)定系統的(de)(de)輸出(chu)。如(ru)果每一(yi)幅(fu)圖(tu)像(xiang)代表待檢的(de)(de)一(yi)個零(ling)件，那(nei)么系統每秒能夠檢查的(de)(de)零(ling)件數(shu)量(liang)不會高(gao)于(yu)傳感器每秒能夠發送的(de)(de)幀數(shu)。當成像(xiang)的(de)(de)物(wu)體處于(yu)運動(dong)狀態時，為防止出(chu)現圖(tu)像(xiang)模糊，必(bi)須要(yao)求高(gao)的(de)(de)采集速(su)(su)度(du)。因(yin)此對于(yu)高(gao)輸出(chu)量(liang)的(de)(de)檢測系統和對高(gao)速(su)(su)運動(dong)物(wu)體的(de)(de)成像(xiang)應(ying)用需(xu)要(yao)高(gao)速(su)(su)的(de)(de)傳感器。

速(su)度和動(dong)態范圍是相互(hu)關聯的，為了(le)快速(su)地傳送圖像(xiang)，傳感器必須快速(su)地對每一個(ge)像(xiang)素的數(shu)據進行(xing)數(shu)字化。這(zhe)就意味著模擬到數(shu)字轉換器需要快速(su)地形(xing)成一個(ge)穩定(ding)的輸出。

從物理層(ceng)面和(he)設計角度(du)上講，速度(du)應該(gai)讓步(bu)于動(dong)(dong)(dong)態(tai)范圍。電路運(yun)行的(de)(de)(de)速度(du)越快，產生的(de)(de)(de)熱量就(jiu)越多。傳感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)暗電流噪音(yin)隨著溫(wen)度(du)的(de)(de)(de)增(zeng)加而增(zeng)加，因此(ci)傳感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)速度(du)越高，其噪音(yin)就(jiu)越大，動(dong)(dong)(dong)態(tai)范圍就(jiu)越低。高速的(de)(de)(de)傳感(gan)器(qi)比低速的(de)(de)(de)傳感(gan)器(qi)的(de)(de)(de)噪音(yin)更大，而且(qie)能(neng)提供的(de)(de)(de)動(dong)(dong)(dong)態(tai)范圍更低。

傳(chuan)感器的速度與(yu)其第三項特征響應度也是相關聯的

應用(yong)中所需的(de)幀(zhen)頻越高，用(yong)于曝(pu)光的(de)時間就(jiu)越少(shao)。為了減少(shao)曝(pu)光時間，設計師(shi)需要增加(jia)光照的(de)亮(liang)度(du)(du)，如果不增加(jia)亮(liang)度(du)(du)，就(jiu)只能選擇高響應度(du)(du)的(de)傳感器(qi)。

響(xiang)應度(du)(du)(du)是(shi)(shi)指(zhi)在(zai)給定的(de)曝(pu)光(guang)條件下，所(suo)產生(sheng)的(de)信(xin)號的(de)強度(du)(du)(du)（V）。在(zai)圖像傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)中(zhong)，有三個(ge)因素控制(zhi)響(xiang)應度(du)(du)(du)：第(di)一是(shi)(shi)量子(zi)(zi)的(de)效率，或者說是(shi)(shi)每個(ge)光(guang)子(zi)(zi)所(suo)產生(sheng)的(de)電(dian)子(zi)(zi)的(de)數(shu)量。第(di)二個(ge)要(yao)素是(shi)(shi)存儲電(dian)荷（q）的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)輸(shu)出電(dian)路的(de)電(dian)容(rong)（C）的(de)大小，電(dian)荷的(de)信(xin)號電(dian)壓公式是(shi)(shi)V=q/C。第(di)三個(ge)要(yao)素是(shi)(shi)傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)的(de)輸(shu)出放大器(qi)(qi)增益。如果傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)在(zai)與噪音等量的(de)曝(pu)光(guang)水平下運(yun)行時(shi)，增益本身并不能提高傳(chuan)感(gan)器(qi)(qi)的(de)響(xiang)應度(du)(du)(du)。

開發人員(yuan)在(zai)為他們的(de)機器視覺(jue)系統選購傳感器時，必須在(zai)動(dong)態(tai)范圍，速度(du)和(he)響(xiang)應度(du)這三(san)個關(guan)鍵(jian)要素之(zhi)間(jian)做(zuo)出取舍。高速度(du)和(he)低光照度(du)將(jiang)導致噪音增加并降(jiang)低動(dong)態(tai)范圍。在(zai)動(dong)態(tai)范圍允(yun)許的(de)情況下，對成(cheng)像細(xi)節(jie)的(de)高要求也需要提高光照強度(du)以彌補較低的(de)響(xiang)應度(du)。傳感器本(ben)身所具有的(de)物理屬性(xing)，不(bu)可避免地要在(zai)這三(san)項關(guan)鍵(jian)要素之(zhi)間(jian)做(zuo)出平(ping)衡。

以上(shang)提(ti)到的三項(xiang)(xiang)關鍵要(yao)素(su)(su)并不是構成(cheng)傳(chuan)感器選(xuan)擇的唯一考量，另外還有兩項(xiang)(xiang)重(zhong)要(yao)的因(yin)素(su)(su)：傳(chuan)感器的分辨率和像素(su)(su)間(jian)距，其中任何一項(xiang)(xiang)都能夠影響圖像的質量，并且與上(shang)述三項(xiang)(xiang)關鍵要(yao)素(su)(su)相(xiang)互作用。

分辨(bian)率(lv)是指由多少個像(xiang)素(su)構(gou)成一(yi)幅圖(tu)像(xiang)，它(ta)是反映傳(chuan)感器(qi)尺寸和(he)像(xiang)素(su)間距(ju)(ju)的(de)(de)量(liang)值。應用所(suo)需(xu)要(yao)的(de)(de)傳(chuan)感器(qi)的(de)(de)分辨(bian)率(lv)決(jue)定于幾項(xiang)相關的(de)(de)要(yao)素(su)：包(bao)括視野、工作(zuo)距(ju)(ju)離、傳(chuan)感器(qi)大小和(he)像(xiang)素(su)間距(ju)(ju)以(yi)及系統所(suo)要(yao)求的(de)(de)采(cai)集空間細節所(suo)需(xu)的(de)(de)像(xiang)素(su)的(de)(de)數量(liang)等。傳(chuan)感器(qi)的(de)(de)分辨(bian)率(lv)越高(gao)，其時(shi)鐘必須(xu)運(yun)行(xing)得越快(kuai)，以(yi)獲得需(xu)要(yao)的(de)(de)幀(zhen)頻。因此，傳(chuan)感器(qi)的(de)(de)分辨(bian)率(lv)對速度(du)有非常大的(de)(de)影響。

像素(su)(su)(su)間(jian)(jian)距定義(yi)單個(ge)像素(su)(su)(su)區(qu)(qu)域的大小(xiao)，與(yu)傳(chuan)感(gan)器的大小(xiao)共同作用來決定傳(chuan)感(gan)器的分辨(bian)(bian)率。由于傳(chuan)感(gan)器通常(chang)只(zhi)有有限的大小(xiao)可選，所(suo)以(yi)像素(su)(su)(su)的間(jian)(jian)距越小(xiao)，其分辨(bian)(bian)率就越高(gao)。像素(su)(su)(su)間(jian)(jian)距能(neng)(neng)夠(gou)影響響應度，但是間(jian)(jian)距越小(xiao)，每個(ge)像素(su)(su)(su)能(neng)(neng)夠(gou)采集光子(zi)的活動區(qu)(qu)域就越小(xiao)。

最終，所有這(zhe)些傳(chuan)感器(qi)的(de)(de)(de)(de)要素(su)都要與相(xiang)機的(de)(de)(de)(de)其(qi)它部件(jian)相(xiang)互影響。相(xiang)機鏡頭(tou)的(de)(de)(de)(de)分(fen)辨(bian)(bian)率是通過調(diao)制解調(diao)函(han)數（MTF）來(lai)衡量(liang)的(de)(de)(de)(de)，例如，鏡頭(tou)的(de)(de)(de)(de)分(fen)辨(bian)(bian)率必須(xu)與傳(chuan)感器(qi)的(de)(de)(de)(de)像素(su)間距相(xiang)匹配，才能獲得理想的(de)(de)(de)(de)成(cheng)像質量(liang)。在(zai)傳(chuan)感器(qi)分(fen)辨(bian)(bian)率允許的(de)(de)(de)(de)范圍內，一個5微(wei)米MTF的(de)(de)(de)(de)鏡頭(tou)在(zai)3微(wei)米的(de)(de)(de)(de)像素(su)間距的(de)(de)(de)(de)傳(chuan)感器(qi)上所成(cheng)的(de)(de)(de)(de)黑白線模式只能形成(cheng)灰色(se)的(de)(de)(de)(de)圖像。因此，在(zai)選購傳(chuan)感器(qi)時必須(xu)采購與之(zhi)匹配的(de)(de)(de)(de)其(qi)它系(xi)統部件(jian)。

重要(yao)的(de)(de)一點是(shi)要(yao)充分理解應用對傳感器動態(tai)范(fan)圍(wei)、速度和響應度的(de)(de)需求(qiu)。需求(qiu)決定哪些性能(neng)是(shi)在可接(jie)受的(de)(de)范(fan)圍(wei)之內，最終決定系統的(de)(de)其它部件(jian)的(de)(de)要(yao)求(qiu)。

（來源：網絡，版權歸原作者）