什么是寄生光灵敏度（PLS）？-深圳市联连芯光科技有限公司

什么是寄生光灵敏度（PLS）？

机器视觉成像的核心关键之一，就是选型图像传感器。寄生光灵敏度（PLS）是图像传感器的核心性能指标之一，它对系统成像的影响程度，取决于具体的测量应用场景。

PLS是Parasitic Light Sensitivity的缩写，字面含义是光线会以寄生的方式干扰传感器。它是传感器的固有属性，本质上是衡量全局快门效率的核心参数——只要采用同一款图像传感器，PLS指标就固定不变。

PLS数值换算与含义

换算公式：PLS（分贝值）= 20 × log₁₀(PLS光子数比值)

我们来具体解释PLS数值的含义：PLS值小于1/700，代表在传感器读出数据的过程中，每700个入射光子里就有1个会产生寄生干扰。PLS的比值越大、对应分贝值越高，说明寄生光效应对最终画面的影响越明显。

快门工作原理与PLS本质

要理解读出阶段的PLS效应，首先要分清两种快门的工作原理。卷帘快门是逐行依次完成传感器的读出流程，而全局快门会先把曝光产生的电荷暂存到存储节点中，再整帧统一完成读出。PLS现象的本质，就是光电二极管向存储节点发生了电荷泄漏。

图1 卷帘快门传感器（左）与全局快门传感器（右）的读出原理

卷帘快门的特点

卷帘快门不会出现PLS问题，因为每一行的复位、曝光、读出是连续依次完成的，曝光结束和读出开始之间没有时间差，如图1左侧所示。

卷帘快门主要用于高分辨率应用场景，但拍摄高速运动物体时会出现果冻效应，因此绝大多数机器视觉场景都会选用全局快门。

全局快门的特点

全局快门模式下，所有像素行同时完成复位、同时结束曝光，之后再从上到下逐行读出数据。如图1右侧所示，传感器的行数越多，某一行的曝光结束时刻到它开始读出的时刻之间，时间延迟就越长。

我们读出某一行的像素信号时，理想状态下只采集曝光时间内入射的光子；但如图2所示，在曝光结束到该行开始读出的这段空白时间里，外界光子依然会持续影响传感器。这些多余的寄生光子同样会被像素收集，最终随有效信号一起被读出。如果画面中没有遮挡物体，这种效应会在画面底部的行上表现得更显著（默认传感器采用从上到下的读出顺序）。

图2 寄生光子在曝光结束到读出开始的时间段内被收集（左）；该效应在画面底部行表现更明显（右）

PLS对画面的具体影响

随着读出的行数递增，PLS对画面的影响呈线性累积。但如果画面中存在物体，物体会遮挡一部分光线，PLS的影响就会随物体形状发生变化：当前帧的物体，可能会在上一帧的读出画面中留下轻微的残影。

如果前后两帧使用了不同颜色的光源，或者光线入射角度不同，也会出现同类问题：寄生光会让当前帧的光源影响到上一帧的读出画面，最终造成画面局部过曝等异常。

为什么PLS无法通过算法校正

如果PLS对画面的影响是纯线性的，理论上可以通过校正算法消除。但由于物体会干扰上一帧的读出结果，这种校正无法实现——相机无法预测下一帧会出现什么物体，也就无法预判PLS的具体影响并做补偿。

因此，PLS由传感器本身的硬件结构决定，无法通过相机端的算法进行校正。我们将在下一篇博客中介绍，如何在系统设计层面降低PLS对实际应用的影响。

核心专业术语对照表

英文术语	中文术语
Parasitic Light Sensitivity (PLS)	寄生光灵敏度
Rolling Shutter	卷帘快门
Global Shutter	全局快门
Jelly Effect	果冻效应
Photodiode	光电二极管
Storage Node	存储节点
Readout	读出