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如何評估相機的靈敏度

文章出處：責(zé)任編輯：

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人氣：發(fā)表時間：2018-12-04【大中小】

什么是量子效率？它是在峰值波長或某個特定波長處測量嗎？信噪比和動態(tài)范圍之間到底有何不同？本白皮書將一一解答這些問題，并介紹如何利用遵循EMVA1288標(biāo)準(zhǔn)的成像性能數(shù)據(jù)來比較和選擇相機。

EMVA1288標(biāo)準(zhǔn)定義了測量相機性能的各個方面、如何對它們進行測量、以及如何以一種統(tǒng)一的方法呈現(xiàn)這些測量結(jié)果。本白皮書的第一部分將介紹圖像傳感器的成像性能。這一部分首先會介紹一些基本概念，這些基本概念對于理解“圖像傳感器是如何將光轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像、并最終決定傳感器的性能”而言至關(guān)重要。圖1中以單個像素為例，重點突出了這些概念。

首先，需要理解光本身所固有的噪聲。光由離散粒子和光子組成，由光源產(chǎn)生。因為光源隨機產(chǎn)生光子，因此在光強中會存在噪聲。光物理學(xué)認為，在光強中觀察到的噪聲，等價于由光源產(chǎn)生的光子數(shù)的平方根。這種噪聲稱為散粒噪聲。

應(yīng)當(dāng)指出的是，從一個像素中觀測到的光子數(shù)，將取決于曝光時間和光強。本文將光子數(shù)看作是曝光時間和光強的組合。同樣，像素尺寸與傳感器的光收集能力之間存在一種非線性關(guān)系，因為像素尺寸需要平方后，才可用于確定光敏區(qū)域。

數(shù)字化光的第一個步驟是將光子轉(zhuǎn)換為電子。本文將不再贅述傳感器是如何完成這個轉(zhuǎn)換的，而是介紹了轉(zhuǎn)換效率的測量。在數(shù)字化過程中產(chǎn)生的電子與光子的比率，被稱為量子效率（QE）。圖1中所示例的傳感器的量子效率為50％，因為有6個光子“落在”傳感器上，產(chǎn)生了3個電子。

在電子被數(shù)字化之前，它們被存儲在像素內(nèi)，被稱為阱。阱中可以存儲的電子數(shù)，稱為飽和容量或阱深。如果阱接收到比其飽和容量更多的電子，那么額外的電子將無法被保存。

一旦像素完成光的收集，便對阱中的電荷進行測量，該測量被稱為信號。圖1中的信號測量是用指針式儀表顯示的。與該測量相關(guān)的誤差被稱為顳暗噪聲或讀出噪聲。

最后，灰度級是通過將信號值（以電子表示）換算成16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器單元（ADU）的像素值來確定的。模擬信號值與數(shù)字灰度級值之間的比率，被稱為增益，并以每ADU中的電子數(shù)來測量。請勿將EMVA1288標(biāo)準(zhǔn)所定義的增益參數(shù)與“模擬到數(shù)字”轉(zhuǎn)換過程中的增益相混淆。

在評估相機性能時，通常會參考信噪比和動態(tài)范圍。相機的這兩項性能的測量，都要考慮信號和相機噪聲之間的比率。不同之處在于，動態(tài)范圍只考慮顳暗噪聲，而信噪比還要考慮散粒噪聲的均方根總和。

比較相機的低光性能

在本白皮書中，我們將考慮如車牌識別（LPR）或光學(xué)字符識別（OCR）等應(yīng)用，在這類應(yīng)用中，通常使用黑白成像，相機能夠收集的光的數(shù)量，可能會受限于較短的曝光時間。確定解決成像問題所需要的分辨率、幀率和視場相對簡單；然而要確定是否該相機具有足夠的成像性能就較為困難了。

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