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CMOS摄像机成像器件的4种输出模式

由光电技术中光电成像器件知,CMOS成像器件可以有4种基本的输出模式:即线性模式、双斜率模式、对数特性模式、Y校正模式。这几种模式的动态范围相差很大,因而采用不同输出模式的CMOS摄像机的宽动态范围及其特性也有较大区别。下面就简介一下这几种输出模式。
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安防知识网】 由光电技术中光电成像器件知,CMOS成像器件可以有4种基本的输出模式:即线性模式、双斜率模式、对数特性模式、Y校正模式。这几种模式的动态范围相差很大,因而采用不同输出模式的CMOS摄像机的宽动态范围及其特性也有较大区别。下面就简介一下这几种输出模式。

  1、线性输出模式

  线性输出模式的输出一般与光强成正比,如图1中的曲线1所示。这种输出模式的动态范围最小,而且在线性范围的最高端信噪比最大。在小信号时,因噪声的影响增大,信噪比一般很低。但是,这种线性输出模式的CMOS摄像机,适用于要求进行连续测量的场合。

图1  4种输出模式曲线

  2、双斜率输出模式

  双斜率的输出模式,是一种扩大摄像机动态范围的方法,如图1中的曲线2所示。由图1看出,它采用两种曝光时间:当信号很弱时,采用长时间曝光,输出信号曲线的斜率很大;当信号很强后,改用短时间曝光,这时曲线斜率就会降低,从而可以扩大动态范围。这就类似于CCD宽动态摄像机目前常采用的对最暗与最亮的双曝光,即2次取样方式。

  显然,为改善输出的平滑性,还可采用多斜率的输出模式,即多种曝光时间(类似CCD宽动态摄像机的多次取样方式)。输出曲线可由多段直线拟合,显然曲线会平滑得多,使输出图像的灰阶层次等变得更好些。

  3、对数输出模式

  对数输出模式如图1中的曲线3所示。采用这种输出模式的CMOS摄像机的动态范围非常大,一般可达到几个数量级,使得无需对照相机或摄像机的曝光时间进行控制,也无需对其镜头的光圈进行调节。此外,在CMOS成像器件中,又可方便地设计出对数响应电路,且实现起来也很容易。

  值得说明的是,由于人眼对光的响应也接近对数规律,因而这种输出模式具有良好的使用性能,在照相机等中常用。

  4、γ校正模式

  γ校正模式如图1中的曲线4所示。它的输出规律如下:U=KeγE (2)

  (2)式中,U为信号输出电压,E是输入光强,K为常数,而γ便是校正因子,γ为小于1的系数。由式(2)可见,这种模式也使输出信号的增长速度逐渐减缓,因而也能扩大动态范围。

  由上看出,CMOS摄像器件的4种输出模式,除其输出特性有较大区别外,动态范围相差很大。一般线性输出模式动态范围只有40-60dB,其它输出模式都较大。

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