引言
“ CIS传感器关键参数是工程师选型参考的依据,抛开镜头,本文介绍CIS可见光传感器关键参数之CRA、QE、CFA、Shutter、SNR等。”
关键参数
CRA
CFA(Chief Ray Angle)主光角,在上一篇可见光相机的介绍中我们介绍了Sensor的叠层结构,MicroLens、CFA、Pixel Arra。其中,MicroLens作为一种透镜,对射入的光线角度就有一定的要求,而这个能聚集光线最大的角度即sensor的CRA。另外镜头Lens也有CRA,其二者图像表述如下:
一般CRA需要在边缘着重考虑,因为在中间的pixel入射光线与MicroLens的夹角较小,选择合适的CRA是为了更好地搭配Sensor以及镜头。
一般而言,只要Sensor的CRA大于镜头的CRA,那么镜头折射的光线边缘都可以被MicroLens给折射到Pixel上。
CFA
CFA,颜色过滤阵列,主要作用是采集外界的颜色信息,通过插值的方法来还原图像的RGB信息,常见的CFA有RGGB、RCCB、RCCG(其中C是Clear):
除了上述外,还有如MobileEye独特使用的RyyCy,舱内监控更多使用的RGB-IR等CFA:
具体选择何种CFA还要看算法的需求、后端SoC ISP处理能力等多种因素考虑,但目前使用最为广泛的CFA还是RGGB。
QE
QE(Quantum Efficiency),或称光谱响应,或光电转化效率IPCE 等,广义来说,就是太阳能电池的光电特性在不同波长光照条件下的数值,所谓光电特性包括:光生电流、光导等。量子效率QE和光电转化效率IPCE均是指太阳能电池产生的电子-空穴对数目与入射到太阳能电池表面的光子数目之比。其公式如下所示:
QE=up/ue
其中,up为光子数量,ue为电子数量。
可以看出,QE越大,代表当前pixel可以转化光子的能力越强,典型CFA为RGGB的Sensor的QE曲线如下所示:
一般来说,G的量子效率最高,其次是B、R。一般而言,为了提高夜视效果,在近红外850nm波段,也可以透过CFA。因此,可以看到在850nm时,RGB的CFA还有一定的响应。
SHUTTER WAY
Shutter曝光方式,目前市面上CIS可以分为两种:
Global Shutter,全局统一时刻曝光
Rolling Shutter,逐行曝光
二者直观的曝光方式如下所示:
更加直观的动态演示如下:
Global Shutter所有行是同一时刻曝光,因此没有运动畸变畸变问题,但是由于需要每个像素都进行缓存输出,因此其成本高,同时帧率受限制。
Rolling Shutter由于是逐行曝光,因此每行开始的曝光时间是不同的,因此如果拍摄物体在对着镜头横向运动时,会有明显的运动畸变。如下所示:
但rolling shutter好处在于,它只需要缓存一行的像素,因此缓存要求低,且帧率很容易做高。
SNR
SNR(Signal Noise Ratio)信噪比,表明信号与噪声的比例,越大说明信号质量越好,其计算公式如下:
SNR=Uy_mean/ Uy_std
其中,Uy_mean为平均灰度,Uy_std是灰度标准差。
当SNR=1时,此时噪声和信号相当,此时Uy_mean或者对应的光子数称之为绝对灵敏度,后续我们会出专题来讲解相机的数学模型,会对这里做详细展开。
结束语
今天讲解了CIS中比较关键的一部分参数,下期讲解其他的关键参数专题之HDR,希望对各位看官有所帮助!文章来源:https://www.toymoban.com/news/detail-742644.html
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