概述
图像传感器主要参数:
1.分辨率:传感器的感光区由很多像元排列的一维或二维矩阵,其中像元(像素)为单个感光单元,图像传感器的分辨率由该矩阵的横纵方向的像元数决定,即图像传感器的像元数=分辨率。
2.像元尺寸:即一个像素的大小。像元尺寸越大,能收集的的光子数量越多,即在相同光照和曝光时间内,传感器能收到的有效信号越多,像元大小和像元数(分辨率)共同决定相机的靶面尺寸。
3.靶面尺寸:图像传感器感光部分的大小,一般用英寸来表示,通常这个数据指的是这个图像传感器的对角线长度。如1英寸的图像传感器的对角线长度为16mm(而不是25.4mm)。靶面越大,通光量越好,记录的光信息越多。图像传感器的靶面尺寸越大,则成像系统的尺寸越大,捕获的光子越多,感光性能越好,信噪比越低。目前,CMOS图像传感器的常见尺寸有1英寸、2/3英寸、1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸等。
4.感光度ISO:即是通过CCD或CMOS以及相关的电子线路感应入射光线的强弱。感光度越高,感光面对光的敏感度就越强。
5.电子快门:由于图像传感器的感光值是由信号电荷的积累,感光时间越长,信号的电荷积累也越长,输出信号电流的幅值也越大。电子快门越慢,感光度越长,适合在昏暗的环境中拍摄。
6.帧率:指单位时间所记录或者播放的图片的数量。帧率表示图形传感器在处理图像时每秒钟能够更新的次数。高的帧率可以得到更流畅、更逼真的视觉体验。
7.信噪比:是信号电压于噪声电压的比值,信噪比的单位用dB来表示。信噪比越大说明对噪声的控制越好。这个参数关系的图像中噪点的数量,信噪比越高,给人感觉画面越干净,夜视的画面中点状的噪点就越少。手册中给出的信噪比一般是增益为零时的参数。
8.量子效率:量子效率是器件在不同波段对光的吸收转换效率。是描述光电器件光电转换能力的一个重要参数,它是在某一特定波长下单位时间内产生的平均光电子数与入射光子数之比。随着光电面的表面状态(粗糙面或光滑面)的不同,光电子的逸出量也有变化。如量子效率为50%,则每两个光子照射到感光区域则有一个光子转换为电子。
9.光谱响应:图像传感器的信号电压Vs和信号电流Is是入射光波长λ的函数。光谱响应特性是指图像传感器的响应能力随波长的变化关系,它决定了CMOS图像传感器的光谱范围。
10.噪声:噪声是影响图像传感器性能的首要问题。这种噪声包括固定图形噪声FPN(Fixed pattern noise)、暗电流噪声、热噪声等。固定图形噪声产生的原因是一束同样的光照射到两个不同的像素上产生的输出信号不完全相同。对于固定图形噪声可以采用双采样或相关双采样技术。双采样是先读出光照产生的电荷积分信号,暂存然后对象素单元进行复位,再读取此象素单元的输出信号。两者相减得出图像信号。两种采样均能有效抑制固定图形噪声。另外,相关双采样需要临时存储单元,随着象素地增加,存储单元也要增加。
11.暗电流:物理器件不可能是理想的,由于器件杂质、温度,外界干扰等原因产生的影响,即使没有光照射到图像传感器上,像素单元也会产生电荷,这些电荷产生了暗电流。暗电流与光照产生的电荷很难进行区分。暗电流在像素阵列各处也不完全相同,它会导致固定图形噪声。对于含有积分功能的像素单元来说,暗电流所造成的固定图形噪声与积分时间成正比。暗电流的产生也是一个随机过程,它是散弹噪声的一个来源。因此,热噪声元件所产生的暗电流大小等于像素单元中的暗电流电子数的平方根。当长时间的积分单元被采用时,这种类型的噪声就变成了影响图像信号质量的主要因素,对于昏暗物体,长时间的积分是必要的,并且像素单元电容容量是有限的,于是暗电流电子的积累限制了积分的最长时间。为减少暗电流对图像信号的影响,首先可以采取降温手段。但是,仅对芯片降温是远远不够的,由暗电流产生的固定图形噪声不能完全通过双采样克服。现在采用的有效的方法是从已获得的图像信号中减去参考暗电流信号。
12.象素的饱和与溢出模糊:类似于放大器由于线性区的范围有限而存在一个输入上限,对于CMOS图像传感芯片来说,,它也有一个输入的上限。输入光信号若超过此上限,像素单元将饱和而不能进行光电转换。对于含有积分功能的像素单元来说,此上限由光电子积分单元的容量大小决定:对于不含积分功能的像素单元,该上限由流过光电二极管或三极管的最大电流决定。在输入光信号饱和时,溢出模糊就发生了。溢出模糊是由于像素单元的光电子饱和进而流出到邻近的像素单元上。溢出模糊反映到图像上就是一片特别亮的区域。这有些类似于照片上的曝光过度。溢出模糊可通过在像素单元内加入自动泄放管来克服,泄放管可以有效地将过剩电荷排出。但是,这只是限制了溢出,却不能使象素能真实还原出图像了。
13.动态范围:动态范围由CMOS图像传感器的信号处理能力和噪声决定,反映了CMOS图像传感器的工作范围。参照CCD的动态范围,其数值是输出端的信号峰值电压与均方根噪声电压之比,通常用DB表示。
14.灵敏度:灵敏度是衡量图像传感器光电性能的重要指标,高灵敏度意味着可以再光照较暗或曝光时间较短的时候得到清晰的图像,所以在微光或高速成像应用中应选取灵敏度较高的图像传感器。
15.全局快门:通过整幅场景在同一时间曝光实现的。Sensor所有像素点同时收集光线,同时曝光。即在曝光开始的时候,Sensor开始收集光线;在曝光结束的时候,光线收集电路被切断。然后Sensor值读出即为一幅照片。
16.卷帘快门:它是通过Sensor逐行曝光的方式实现的。在曝光开始的时候,Sensor逐行扫描逐行进行曝光,直至所有像素点都被曝光。
17.果冻效应:使用CMOS传感器的卷帘快门时,由于图像传感器是逐行扫描逐行曝光,直至所有像素点都被曝光。当被拍摄物体相对于相机高速运动或快速振动时。用卷帘快门方式拍摄,逐行扫描速度不够,拍摄结果就可能出现“倾斜”、“摇摆不定”或“部分曝光”等情况。这种卷帘快门方式拍摄出现的现象叫果冻效应。
最后
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