图像传感器sensor的噪声分析

Posted 2023-03-09

参考技术A

图像传感器的“噪声”可以被定义为所有使图像信号恶化的波动，换言之，噪声会使成像质量恶化。

噪声主要可以分成两类：固态噪声和随机噪声(也称为暂态噪声)。固定噪声简单理解为图像中空间上固定位置的噪声，随机噪声为图像空间上会随时间变化而随机变化的噪声。

固态噪声的主要来源是暗电流的均匀性。暗电流是在图像传感器无光照的情况下观测到的电流，是一种非理想因素，最终暗电流会导致像素内的电荷积累，而不均匀的暗电流形成的电荷积累不一致。下图为暗电流产生的原理。

CMOS图像传感器的固态噪声还和放大器的不一致性相关，这种不一致也是非理想因素。

随机噪声(暂态噪声)是信号随时间变化的随机起伏。主要有热噪声、散粒噪声、闪烁噪声。

热噪声 由于电阻中电子的热(随机)运动，造成了电荷电势的起伏，栅极电压波动，从而形成热噪声。热噪声也称为“白噪声”。

散粒噪声 在电流流过势垒(PN结)时产生，在CCD和CMOS图像传感器中，散粒噪声与入射光子和暗电流有关，其服从泊松分布。

闪烁噪声(1/f噪声) ，也是低频噪声或电流噪声，其大小与频率成一定比例。提高工作频率可以减小低频噪声，但由于输出图像帧频限制，元器件的工作频率不可能很高，因此低频噪声是不可避免的。

随机噪声还包括图像传感器的数据读出噪声，也称为本底噪声。区别于上述噪声，读出噪声是指读出电路产生的噪声，不包括探测器产生的噪声。