Теория триангуляционного определения расстояния, которой пользовался я, дана в начале темы.
По поводу TSL1401 - на самом деле, это не ПЗС, а "128 × 1 array of photodiodes". Управление ей описано в даташите, довольно подробно также оно описано здесь: http://cache.freescale.com/files/microcontrollers/doc/app_note/AN4244.pdf
Расскажу вкратце про управление. TSL1401 - интегрирующая, то есть она накапливает заряд, пока на пиксель падает свет(у каждого фотодиода есть 2 конденсатора). Управление микросхемой ведется при помощи всего двух выводов - синхронизации и стартового. Для того, чтобы считать данные, нужно послать одиночный стартовый импульс (микросхема начинает новый захват данных), после чего, подавая на TSL1401 тактовые импульсы, с ее аналогового выхода считываем значения яркости, которые были захвачены в предыдущий раз.
По поводу сверхразрешения - я использую алгоритм нахождения центроида.
В массиве яркостей сначала нахожу максимальное значение, выделяю небольшой участок яркостей рядом с максимумом, потом по нижеприведенной формуле рассчитываю более точные координаторы центра.