광자 기반 이진 이미지 센서와 오버샘플링을 통한 고동적 범위 획득

본 논문은 전통적인 사진 필름이 갖는 이진 특성을 디지털 이미지 센서에 적용한 새로운 센서 구조를 제안하고, 그 성능을 이론적·실험적으로 분석한다. 센서는 각 픽셀이 0 또는 1의 두 값만을 출력하는 ‘바이너리 포톤 센서’이며, 픽셀은 입사 광자 수가 사전 정의된 임계값 q 이상일 때만 1을 반환한다. 광자 도착은 포아송 과정으로 모델링되며, 따라서 각 픽셀의 광자 수 Yₘ 는 평균 sₘ (픽셀에 누적된 광 노출)인 포아송 확률 변수이다. 이진 양자화는 bₘ = 1{Yₘ ≥ q} 로 표현된다. ### 1. 시스템 모델 및 오버샘플링 정의 광학 시스템은 회절 제한 PSF(에어리 디스크)를 갖는 선형 시스템으로 모델링된다. 원래의 연속 광 강도 λ₀(x) 는 PSF와 컨볼루션을 거쳐 관측 가능한 필드 λ(x) 가 된다. λ(x)는 N개의 자유도 cₙ 과 비음수 보간 커널 ϕ(x) 를 이용해 λ(x)= (N/τ)∑ₙcₙ ϕ(Nx−n) 으로 표현한다. 센서는 단위 구간당 M개의 픽셀을 배치하고, 각 픽셀은 구간