图像传感器其他几何结构解析

图像传感器也有非矩形排列的几何形式。这些几何排列形式用于特定类型的图像处理算法。

例如,当算法要求紧邻像素的间距相等时,六边形或蜂窝结构能用来优化图像平面的采样。矩形像素格子仅能表示出水平和垂直两个方向。六边形像素格子有夹角为60°的三个主轴。还有其他几何形式的像素格子,如三角形,但它们是复杂的,且对于一般图像处理应用没有多少优势。

如图5.3所示,假定对任一种像素格子的几何形式,单位面积上的像素密度均一样,那么容易求得与矩形像素格子有关的六边形像素格子的像素间距,表达为

sh和sr分别是六边形和矩形像素格子情况下的像素间距。

图5.3 格子结构

图5.4中体现了每种格子的空间频域,又称“倒晶格”。阴影部分表示一种格子结构的胞腔,某像素中心与其他像素中心之间的垂直平分线形成了半平面,胞腔是所有半平面间的公共区域,其中包括了感光像素单元。在不产生频谱混叠的情况下,胞腔实际上是空间频率响应所能达到的公共区域。假定两种格子形状的像素密度一样,在水平和垂直方向上,像素到它胞腔边缘的最小距离为

矩形像素格子

六边形像素格子

传统的图像传感器中,图像检测器的空间分布形式是规则的周期性模板。另一类图像传感器把图像从二维笛卡尔坐标中映射到其他坐标中,如极坐标和线性坐标。这种映射有利于图像处理运算,例如比例缩放和旋转不变性。凹形图像传感器是一类空间布局变化的探测器,在中央区域像素高度集中,在周边区域像素密度相对较低。最常见的凹形传感器如5.5所示,图5.5a中线性极坐标传感器存在映射如下：(www.xing528.com)

图5.4 六边形和矩形像素格子的倒晶格

图5.5 线性极坐标传感器、圆极坐标传感器对数极坐标,中心为笛卡儿坐标

a）线性极坐标传感器 b）圆极坐标传感器 c）对数极坐标,中心为笛卡儿坐标

在新坐标中,图像旋转可以通过θ轴上简单的移位操作来实现。这个传感器中所有的像素都有相同的尺寸。在特殊情况下,由于像素尺寸是限定的,中部圆圈内的像素比外围圆圈内的像素少。

图5.5b中极坐标传感器的映射如下：

在这种结构中,图像的旋转和缩放可以通过θ轴和ρ轴上的移位来实现。并且,物理尺寸限制了中央区域中像素的优化布置。第三个传感器的中央是规则、高密度的像素,其外围是对数极坐标结构。

在图像处理中,由于它们的像素不均匀的分布,这种结构比传统的成像方式显得更有用处。在特定的图像处理应用中,如图像追踪,传感器外围的稀疏像素将产生很宽的视场。当外围区域探测到目标时,传感器便定向到该目标,从而利用中央区域获得更多的图像细节,在参考文献[545,569,414,549]中可看到这些类型的传感器。