光电传感器处理过程详解

光电传感器处理过程详解

引用

CSDN

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https://m.blog.csdn.net/qq_40323742/article/details/142962158

光电传感器是现代科技领域的重要组成部分，广泛应用于各种设备中。本文将为您详细介绍光电传感器从光子捕获到数值输出的信号处理过程，帮助您理解这一神奇的技术是如何将光信号转化为数字图像的。

这张图展示了光电传感器（如相机传感器）从光子捕获到数值输出的信号处理过程，通常适用于图像传感器的工作原理。图中包含多个步骤，从光子转换为电信号并最终转换为数字值。每个步骤都会引入不同的噪声和放大因素，影响最终的图像质量。

1.Photon-voltage Conversion（光子-电压转换）

• 光子撞击传感器上的像素区域，生成电子。这一过程依赖于传感器的量子效率 (α)，即传感器将入射光转化为电子的效率。α越高，捕捉的电子数量就越多。
• 此外，在这个过程中还会产生暗噪声 (n_d)，这是指即使没有光子照射，传感器也会由于热运动等原因产生一定数量的电子。

2.Analog Amplification（模拟放大）

• 生成的电压信号 ( v ) 会被送到模拟放大电路中。这里，模拟增益 (g)会对信号进行放大。增益越大，输出的电压信号会相应增大。
• 增益放大过程会放大信号，也会放大噪声。

3.Analog-digital Conversion（模数转换）

• 放大后的电压信号会被送入模数转换器 (ADC)，将模拟电压信号转换为数字值 ( x )，这个数字值就是传感器输出的像素值。
• 在这个步骤中会产生读取噪声和量化噪声 (n_r)，量化噪声是由于将连续的模拟信号转换为离散数字信号时产生的误差。

各个参数的定义：

• α (Quantum efficiency)：量子效率，表示传感器将入射光子转换为电荷的效率。量子效率越高，传感器越敏感，能捕捉更多的光子信息。
• n_d (Dark noise)：暗噪声，表示在没有光照的情况下，由于内部热运动或其他因素产生的随机电子信号。
• g (Analog gain)：模拟增益，表示在模拟电路中对电信号的放大倍数。
• n_r (Read and quantization noise)：读出噪声和量化噪声，读出噪声来自于传感器读取电压信号的过程中引入的噪声，量化噪声则源自于模拟信号转换为数字信号时的误差。

主要过程总结：

1. 光子入射到传感器上并生成电子。
2. 电子信号被转换为电压信号并引入暗噪声。
3. 电压信号通过模拟放大器进行放大。
4. 模拟信号被转换为数字值时会引入量化噪声。

这张图表明了图像传感器中的噪声和信号传递的路径，描述了从光信号到最终数字图像的整个流程以及如何受到不同噪声源的影响。