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圖像傳感器噪聲：CMOS圖像傳感器中的噪聲來源分析

CMOS圖像傳感器中的噪聲來源分析
載流子的隨機漲落是半導體器件中噪聲的主要來源，噪聲不僅會使成像質量惡化，同時也決定了圖像傳感器的靈敏度，因此 在圖像傳感器中將噪聲定義為所有使圖像或“信號“惡化的波動，本文將以CMOS為例總結圖像傳感器中的噪聲來源。

文章目錄
CMOS圖像傳感器中的噪聲來源分析像素結構(Pixel Structure)微型透鏡陣列(MicroLens)彩色濾光陣列(Color Filter Array)復位(Reset Operation)電荷檢測(Charge Detection)滿肼容量(Full-Well Capacity)
  傳感器的外設( Sensor Peripherals)X-Y尋址(X-Y Address)讀出電路(Readout circuits)
  暗電流(Dark Current)噪聲(Noise)噪聲的顏色白噪聲與有色噪聲有色噪聲與色噪
復位噪聲(Reset Noise)熱噪聲(Thermal Noise)讀出噪聲(Readout Noise)

1

/

f

1/f

1/f噪聲(1/f Noise)長程相關性
量化噪聲(Quantization noise)列固定噪聲(Column Fixed Pattern Noise)散粒噪聲(Shot Noise)
  SummeryReference

像素結構(Pixel Structure)
以3T-APS(3 Transistor-Active Pixel Sensor)為例，CMOS中像素結構的細節進行說明 (CMOS圖像傳感器的像素可以看做是由一個光電二極管、光電二極管復位開關、信號放大器、輸出電路組成)。APS可以實現在每個像素中都存一個獨立的放大器，這個放大器就是一個簡單的原極跟隨其(Source Follower)，有源像素的優點之一是信號讀出路徑上產生和引入的噪聲得到了抑制。

像素結構的立體圖

像素結構的截面圖

微型透鏡陣列(MicroLens)
先進的制成工藝在減小像素尺寸和增加像素總數方面卓有成效，但傳感器捕獲光的能力(Light Sensitivity)隨著像素尺寸的下降而減小。將像素中感光區域(Photosensitive Area)面積

A

p

d

A_{pd}

Apd?與像素面積(Pixel Area)

A

p

i

x

A_{pix}

Apix?之間的比率定義為填充因子(Fill Factor)：

F

F

=

A

p

d

A

p

i

x

FF=frac{A_{pd} }{A_{pix} }

FF=Apix?Apd
從像素結構的截面圖可以看出，如果不考慮微透鏡對光線的匯聚作用，填充因子由遮光層(Light Shield)的開口面積決定，3T-APS中有三個晶體管(復位晶體管、源跟隨器晶體管、行選擇晶體管)，且這些晶體光需要被遮光層所覆蓋，如果使用更多的晶體管，比如4T-APS、6-APS，遮光層的覆蓋面積會增大，同時填充因子也會相應降低。為了更好地將光線匯聚到光電二極管上，一般選擇在芯片上放置一個簡單的片上微透鏡陣列，可以有效地提高填充因子。除了增加靈敏度之外，微透鏡還有助于減少傳感器中的漏光，降低CCD和CMOS圖像傳感器中由于少數載流子擴散而造成的像素間的串擾(Cross Talk)。微型透鏡對提高傳感器的感光度起著非常重要的作用，但值得一提的是在入射光位置不同時，其從成像透鏡到圖像傳感器的角度也不同，會導致鏡頭陰影(Lens Shading)產生。

微透鏡對光的匯聚作用

微透鏡導致鏡頭陰影

彩色濾光陣列(Color Filter Array)
圖像傳感器一般而言是單色傳感器，對敏感波長范圍內的光產生響應，對于消費領域內的圖像傳感器來說，可以在光敏二極管上覆蓋彩色濾光陣列，用以實現色彩信息分離。最常用的彩色濾光模式為"Bayer Pattern"，由于人眼視覺系統主要從綠色光譜部分獲得視覺細節，即是，視覺亮度差異與綠色有關，而顏色感知與紅色和藍色有關，因此，所以“Bayer Pattern”當中的綠色濾光器是紅色或藍色濾光器的兩倍(或者說，綠色的采樣率是紅、藍的兩倍)。

復位(Reset Operation)
復位類似于清零的操作，如果是卷簾式曝光(Rolling Shutter)，需要在每行曝光之前或者信號讀出之后進行復位。3T-APS CMOS的復位操作通常是通過給

M

R

S

M_{RS}

MRS?柵極加高電平，電壓為

V

d

d

V_{dd}

Vdd?，當復位信號有效時，復位管工作在飽和區，在復位管源端的光電二極管陰極節點電壓將快速上升到

V

d

d

?

V

t

h

V_{dd}-V_{th}

VddVth?，

V

t

h

V_{th}

Vth?為閾值電壓，此時復位管進入壓閾值區，至慢慢關斷。以上復位操作為軟復位，由于完成復位需要的時間相對較長，容易出現復位不徹底，最終造成圖像滯后(Image Lag)；相反，在硬復位中，柵極施加的電壓大于

V

d

d

V_{dd}

Vdd?，

M

R

S

M_{RS}

MRS?始終高于閾值，就能夠很快地完成復位動作，從而抑制圖像滯后，但這種方式的

k

B

T

C

k_{B}TC

kB?TC噪聲相對較大。
每行復位到讀出的時間間隔即是每行的曝光時間。

3T-APS復位電路

電荷檢測(Charge Detection)
CCD傳感器在輸出放大器中完成電荷檢測，而CMOS傳感器在像素中完成電荷檢測，電壓放大器連接勢肼(Potential Well)以監測勢肼電荷信號的變化，若有電荷

Q

s

i

g

Q_{sig}

Qsig?進入肼中，會引起勢肼電壓(Potential Change)變化：

△

V

P

D

=

Q

s

i

g

C

F

D

igtriangleup V_{PD}=frac{Q_{sig} }{C_{FD} }

△VPD?=CFD?Qsig
其中$C_{FD} $為放大器所連接到勢肼的電容，并充當電荷到電壓的轉化電容，輸出電壓的變化如下：

△

V

o

u

t

=

A

V

△

V

F

D

igtriangleup V_{out}=A_{V}igtriangleup V_{FD}

△Vout?=AV?△VFD?
$A_{V} $是電壓放大器的增益。

電荷檢測電路

滿肼容量(Full-Well Capacity)
光電二極管工作在電荷積分(Charge-Integrating)模式下，勢肼只有有限的電荷儲存能力，光電二極管的電容能夠積累的最大電荷量為“滿肼容量”：

N

s

a

t

=

1

q

∫

V

r

e

s

e

t

V

m

a

x

C

P

D

(

V

)

.

d

V

[

e

l

e

c

t

r

o

n

s

]

N_{sat}=frac{1}{q}int_{V_{reset} }^{V_{max}}C_{PD}(V).dV[electrons]

Nsat?=q1?∫Vreset?VmaxCPD?(V).dV[electrons]
滿肼容量決定了傳感器動態范圍的上限

傳感器的外設( Sensor Peripherals)
X-Y尋址(X-Y Address)
在大多數CMOS圖像傳感器中，信號電荷在像素中被有源晶體管轉化為電壓或者電流，最終的視頻信號是通過行、列掃描器對像素陣列進行光柵掃描獲得的。一般情況下，行掃描器在每幀時間內產生一個行選擇信號和一個復位脈沖并送入選定行的像素中，列掃描器在每個行周期掃描各列。正如“X-Y地址”的字面意思，像素信號是通過垂直掃描器(移位寄存器或者解碼器)選通一行(Y)讀出以及水平掃描器選通一列(X)讀出的方式進行尋址。CMOS中兩種常見的行掃描器是移位寄存器和解碼器。CCD、CMOS圖像傳感器都是電荷積分型傳感器，像素中的信號電荷在電荷積分開始前應當被復位，而不同的掃描方案導致了工作時序的不同，在CCD傳感器中，電荷復位是通過垂直電荷轉移電路當中實現的，這個過程在整個像素陣列中是同時發生的，而大多數CMOS圖像傳感器中，復位和信號讀出是逐行進行的。CCD將光生電荷轉移到CCD寄存器后端的電荷檢測器放大，使得所有信號均通過同樣的放大器讀出，因此，放大器的失調保持恒定；而CMOS圖像傳感器一般在列輸出線上有一個列放大器(Column Amplifier)，列放大器之間存在的差異，往往會造成圖像的列固定噪聲(Column Fixed Pattern Noise)。

CMOS圖像傳感器結構

讀出電路(Readout circuits)
在大多數CMOS圖像傳感器中，同一行的像素被同時讀出然后并行處理是非常流行的讀出電路結構，同一行的像素的光電二極管所產生的電壓同時被光電二極管所接的源跟隨器讀出然后并行處理，處理后的信號被存儲在一個行存儲器中，并按順序讀出，電荷積分時間逐行出現偏移。在這種結構中，一個像素只需要一個行選擇脈沖，從而減少了用于傳輸像素控制脈沖的總線數量。最常見的讀出結構中有源極跟隨器→相關雙采樣(CDS)→列放大器(模擬放大)→ADC。

暗電流(Dark Current)
暗電流是在鏡頭無光線透過的條件下觀測到的電流，是傳感器成像過程中的一種非理想因素，暗電流會積分成為暗電荷并存儲在勢肼當中，同時暗電荷還是溫度的函數，暗電荷的數量與積分時間成正比：

N

d

a

r

k

=

Q

d

a

r

k

q

=

I

d

a

r

k

?

t

q

N_{dark}=frac{Q_{dark}}{q}=frac{I_{dark}cdot t}{q}

Ndark?=qQdark=qIdarkt?
其中

q

q

q為基元電荷，

t

t

t為積分時間。暗電流對傳感器成像質量的最顯著的影響是降低了圖像傳感器成像的動態范圍(Dynamic Range)，和勢肼容量不同的是，暗電流決定的是圖像傳感器動態范圍的下限，將圖像傳感器的動態范圍做如下定義：

D

R

=

20

l

o

g

10

(

S

m

a

x

S

m

i

n

)

(

d

B

)

DR=20log_{10}(frac{S_{max}}{S_{min}})(dB)

DR=20log10?(Smin?Smax)(dB)

S

m

a

x

S_{max}

Smax?由滿肼容量決定，

S

m

i

n

S_{min}

Smin?由暗電流決定(Represents the Minimum Temporal Noise Value at Zero Exposure)。光電二極管中的暗電流有如下幾個來源：

暗電流類型依賴關系描述擴散電流

∝

e

x

p

(

?

E

g

k

B

T

)

propto exp(-frac{E_{g} }{k_{B}T } )

∝exp(?kB?TEg)隨溫度上升而指數增加；對偏置電壓的依賴性比較弱，主要依賴偏置電壓的平方根生產-復合電流

∝

V

e

x

p

(

?

E

g

2

k

B

T

)

propto sqrt{V} exp(-frac{E_{g} }{2k_{B}T } )

∝V

?exp(?2kB?TEg)隨耗盡層寬度和本征載流子濃度的增加而增加；隨載流子在深能級復合中心的壽命的增加而減少帶帶隧穿電流

∝

V

2

e

x

p

(

?

a

V

)

propto V^{2}exp(-frac{a}{V} )

∝V2exp(?Va?)與偏置電壓呈指數關系(當摻雜濃度很大時，由于耗盡層寬度變薄而導致隧穿效應的反正)缺陷輔助隧穿電流

∝

e

x

p

(

?

a

′

V

)

2

propto exp(-frac{a^{'} }{V} )^{2}

∝exp(?Va′?)2與偏置電壓呈指數關系碰撞電離電流

a

∝

e

x

p

(

?

b

V

)

apropto exp(-frac{b}{V} )

a∝exp(?Vb?)隨著偏置電壓增加，碰撞電離和雪崩擊穿會引起暗電流的增加；電離系數隨著偏置電壓的增加而指數增加Frankel-Poole

∝

V

e

x

p

(

?

c

T

)

propto Vexp(-frac{c}{T} )

∝Vexp(?Tc?)Frankel-Poole電流是由于被俘獲電子發射到導帶而形成的，和隧穿電流一樣，在很大程度上依賴于偏置電壓表面漏電流

∝

e

x

p

(

?

E

g

2

k

B

T

)

propto exp(-frac{E_{g} }{2k_{B}T } )

∝exp(?2kB?TEg)隨本征載流子濃度、表面復合速率、表面積的增加而增加
其中

E

g

E_{g}

Eg?為禁帶寬度(Bandgap)；

k

B

k_{B}

kB?為玻爾茲曼常數；

T

T

T為熱力學溫度；

V

V

V為偏置電壓。總的來說，暗電流依賴于溫度和偏置電壓。在后續的ISP處理當中，一般會通過標定暗電流的方式，來實現對傳感器中的暗電流的補償，但這種黑電平補償的方式有隱含地假設傳感器當中的暗電流對于每個像素而言是相同的，也就是黑電平(Black Level)均勻，如果傳感器附件存在一個局部熱源，溫度的變化將導致像素陣列中的暗電流的梯度變化 ，也就是非均勻的陰影(Shading)，需要在后續的陰影校正模塊進行進一步的校正。同時，在CMOS傳感器中，偏置電壓與接地電壓的非一致性也會導致陰影。

噪聲(Noise)
在前面，總結了像素的結構及其外設，并回顧了暗電流及其對動態范圍和陰影的影響，接下來將總結傳感器成像過程中由傳感器內部電路及其外設引起的幾種噪聲。

噪聲的顏色
在討論噪聲種類之前，需要了解白噪聲(White Noise)、有色噪聲(Colored Noise)、色噪(Chromatic Noise)之間的關系。

白噪聲與有色噪聲
這是就噪聲信號的功率譜密度而言，如果噪聲信號的功率譜密度接近均勻分布，此噪聲即為白噪聲，包括熱噪聲、散粒噪聲等；如果噪聲信號的功率譜密度是非均勻的，此噪聲即為有色噪聲，包括布朗噪聲、紅噪聲、粉紅噪聲等。

有色噪聲與色噪
一般將色噪定義為低頻噪聲，同時也可以將色噪看做是圖像在空域中具有一定自相關性的噪聲。在圖像當中常表現為彩色斑塊，通常呈紅、藍色，尤其是在底圖像質量的暗區。在ISP及其后處理過程中，色噪主要有兩個來源，一個是傳感器采集到的Raw數據當中的有色噪聲，即

1

/

f

1/f

1/f噪聲，一個是Raw數據當中原本的白噪聲，經過Bayer域的降噪之后，噪聲的功率譜密度將不再呈均勻分布，變為以中低頻為主，且降噪模塊會引入噪聲的相關性，原本Raw數據當中的白噪聲將變為色噪。所以，有色噪聲和色噪之間基本共通。

色噪示意圖

復位噪聲(Reset Noise)
當電容被復位時，MOS開關關斷，導通的MOS管可以看 做是一個電阻，就會產生的熱噪聲，噪聲電荷如下：

q

n

=

C

2

.

v

n

2

=

k

B

T

C

q_{n}=C^{2}.v_{n}^{2}=k_{B}TC

qn?=C2.vn2?=kB?TC

噪聲電荷僅與溫度和電容值有關，因此也稱

k

B

T

C

k_{B}TC

kB?TC噪聲。

熱噪聲(Thermal Noise)
在負載電阻中，自由電子存在隨機熱運動，將引起電阻兩端電壓的波動，即為熱噪聲，將熱噪聲的功率譜密度用電壓表示為：

S

v

(

f

)

=

4

k

B

T

R

(

V

2

/

H

z

)

S_{v}(f)=4k_{B}TR(V^{2}/Hz)

Sv?(f)=4kB?TR(V2/Hz)
其中

R

R

R為電阻，可以看出熱噪聲的功率譜密度在所有頻率上恒定，為白噪聲。在CMOS傳感器中，熱噪聲常以

k

B

T

C

k_{B}TC

kB?TC噪聲的形式出現。

讀出噪聲(Readout Noise)
在傳感器讀出電路中產生的噪聲，由讀出電路及像素內部的放大器決定，主要表現為熱噪聲和

1

/

f

1/f

1/f噪聲兩種噪聲形式。

1

/

f

1/f

1/f噪聲(1/f Noise)

1

/

f

1/f

1/f噪聲又稱Flicker Noise、Fractal Noise、Pink Noise，

1

/

f

1/f

1/f噪聲的一個形成原因是硅晶體和氧化層界面處存在懸空鍵，當載流子流過的時候就有可能被隨機地捕獲，從而在漏電流中形成噪聲。

1

/

f

1/f

1/f的功率譜密度和

1

/

f

γ

1/f^{gamma }

1/fγ成比例，其中

γ

gamma

γ大約在0.8~1.3的范圍內，噪聲表達式如下：

V

n

2

ˉ

=

K

C

o

x

W

L

1

f

γ

ar{V_{n}^{2}}=frac{K}{C_{ox}WL}frac{1}{f^{gamma}}

Vn2?ˉ?=Cox?WLK?fγ1?
其中

K

K

K是由工藝決定的噪聲系數；

C

o

x

C_{ox}

Cox?為單位面積的柵電容；

W

、

L

W、L

W、L分別為柵的寬、高。從上式可以看出，與懸空鍵相關的捕獲-釋放現象在低頻下更容易發生，另外增加器件的溝道面積也可以減小

1

/

f

1/f

1/f噪聲。

目前對

1

/

f

1/f

1/f噪聲的研究主要依托于兩個物理模型，一個是表面載流子數漲落模型，一個是遷移率漲落模型。但時至今日，學界依舊沒能給出一個統一的理論來解釋

1

/

f

1/f

1/f噪聲的形成機制，對于以上兩個物理模型的具體解釋，可以參考論文[1、8、11]。就圖像處理的噪聲分析而言，比較重要的是認識到

1

/

f

1/f

1/f噪聲的功率譜密度的形狀及

1

/

f

1/f

1/f噪聲的長程相關性。

長程相關性
設

X

1

,

X

2

,

X

3

,

.

.

.

{X_{1},X_{2},X_{3},...}

X1?,X2?,X3?,...是時間序列，則

X

i

X_{i}

Xi?與

X

j

X_{j}

Xj?之間的自相關函數為：

ρ

=

E

(

X

i

?

u

)

(

X

j

?

u

)

σ

2

=

E

(

X

t

?

u

)

(

E

t

+

k

?

u

)

σ

2

,

k

=

∣

j

?

i

∣

ho = frac{E{(X_{i}-u)(X_{j}-u)}}{sigma^{2}}=frac{E{(X_{t}-u)(E_{t+k}-u)}}{sigma^{2}},k=left |j-i ight |

ρ=σ2E(Xiu)(Xju)?=σ2E(Xtu)(Et+ku)?,k=∣j?i∣
理想的情況下，白噪聲僅與自身相關，及當且僅到

i

=

j

i=j

i=j時，

ρ

≠

0

ho
eq0

ρ?=0；但

1

/

f

1/f

1/f噪聲具有長程相關性，即是當

k

k

k足夠大時，

ρ

≠

0

ho
eq0

ρ?=0，自相關函數呈雙曲線衰減，當

k

k

k趨向與無窮時：

ρ

=

c

ρ

∣

k

∣

1

?

α

,

k

→

∞

ho=frac{c_{ ho}}{left |k ight |^{1-alpha}},k o infty

ρ=∣k∣1?αcρ,k→∞
其中

α

,

c

ρ

alpha,c_{ ho}

α,cρ?為正常數。自相關性是

t

t

t時刻的隨機變量能持續多長時間的度量，反應隨機變量在不同時刻之間的相關性，因此圖像當中的

1

/

f

1/f

1/f噪聲具有空間相關性，常以斑狀的形態出現在圖像當中。

量化噪聲(Quantization noise)
光生電荷經放大器放大之后，需再經過

A

/

D

A/D

A/D轉換將模擬信號轉換為一組離散的數字信號，由信號在量化的過程中引入的誤差即為量化噪聲，特別是當

A

/

D

A/D

A/D轉換后的比特位寬很小，比如

8

b

i

t

8bit

8bit時，量化噪聲會顯著增大，一般來說，對于同一個模擬信號，

A

/

D

A/D

A/D轉換后的

b

i

t

bit

bit位寬越小，量化噪聲越大，即有：

N

L

8

b

i

t

>

N

L

10

b

i

t

>

N

L

12

b

i

t

…

…

NL_{8bit}>NL_{10bit}>NL_{12bit}……

NL8bit?>NL10bit?>NL12bit?……
另外值得注意的是，量化噪聲決定了圖像傳感器中模擬增益引入的噪聲小于數字增益引入的噪聲這一事實，因為模擬增益是在模擬電路中對像素輸出的電信號進行放大，而數字增益是對電信號進行

A

/

D

A/D

A/D轉換后把數字信號進行放大，

A

/

D

A/D

A/D轉換之后的數字信號當中包含量化過程中產生的量化噪聲，也會被數字增益放大。

列固定噪聲(Column Fixed Pattern Noise)
由上述"X-Y尋址電路"及“列放大器”可知，一般的CMOS對像素中的電信號是通過"X-Y尋址電路"逐行讀出的，讀出電路會在每一列像素放置一個通用的列放大器，列放大器之間本身存在的工藝差異，造成了圖像列輸出信號之間的不一致，從而產生列固定噪聲，這種噪聲可以用暗信號的非均勻性進行評估并加以補償。同時列固定噪聲不僅在暗光條件下存在，在強光照下也存在，可以用光響應的非均勻性進行評估并加以補償，下圖為常見的列固定噪聲：

散粒噪聲(Shot Noise)
散粒噪聲是各類光電成像器件中由光電發射過程產生的具有Poisson分布的的噪聲，帶電粒子發射或隨機地穿過勢壘時，每瞬間的粒子數量不穩定，而是圍繞其均值起伏的隨機過程，這一隨機過程吻合Poisson分布，光子或電子在給定時間間隔內發射的概率可以表示為：

P

N

=

(

N

ˉ

)

N

.

e

?

N

N

!

P_{N}=frac{(ar{N} )^{N}.e^{-N} }{N!}

PN?=N!(Nˉ)N.e?N?
其中

N

ˉ

、

N

ar{N}、N

Nˉ、N分別表示均值和粒子數量。和熱噪聲一樣，Poisson噪聲的功率譜密度在所有頻率上恒定，也是白噪聲。值得注意的是光電發射過程和暗電流都會產生散粒噪聲，分別為Photon Shot Noise和Dark Current Shot Noise。

Summery
總的來說，圖像傳感器中的噪聲主要有白噪聲，包括熱噪聲、復位噪聲、散粒噪聲、量化噪聲；有色噪聲，包括在復位、讀出、電荷積分過程中都會產生的

1

/

f

1/f

1/f噪聲；固定噪聲，包括暗電流、列固定噪聲。

Reference
[1]：《Image Sensors And Signal Processing For Digital Still Cameras》

[2]：《Image Processing For Embedded Devices》

[3]：《A CMOS Imager Pixel based Temperature Sensor For Dark Current Compensation》

[4]：《A Review of Published Research on Low Frequency Noise and its Effects》

[5]：《CCD or CMOS camera noise characterisation》

[6]：《Characterization of Noise in Digital Photographs for Image Processing》

[7]：《CMOS image sensors State-of-the-art》

[8]：《Flicker Noise》

[9]：《Photon,Poison Noise》

[10]：《Research on Noise Sources in CMOS Image Sensors》

[11]：《Analysis of 1/f noise in CMOS APS》

圖像傳感器噪聲：CMOS圖像傳感器的噪聲分析及圖像處理

摘要：

隨著大規模集成電路制造工藝及設計技術的發展,CMOS圖像傳感器具有成本低,功耗低,高集成度等優點,并且在成像水平上接近甚至超過CCD圖像傳感器,具有非常廣闊的應用前景.本論文以CMOS成像系統為研究對象,分析了CMOS圖像傳感器的噪聲,并對圖像傳感器在實驗中得到的數字圖像進行了降噪處理實驗. 本論文主要有三部分內容,首先我們分析了CMOS圖像傳感器的模擬噪聲類型,主要以時間和空間噪聲為分類基礎,詳細介紹了三維噪聲模型的原理.在此基礎上,我們設計了一個基于三維噪聲模型理論的圖像傳感器時間和空間噪聲測量實驗.利用試實驗成像系統拍攝一系列均勻背景圖像,然后對所拍攝圖像進行一系列的分析和處理,得出時間噪聲和空間噪聲在不同照度下的具體值,并得出其變化趨勢. CMOS圖像傳感器在經過數模轉換后會產生數字噪聲,本論文對傳感器實驗后得到的數字圖像進行了降噪處理實驗.在中值濾波和均值濾波的基礎上,加入噪聲判別部分,設計混合噪聲降噪處理算法,運用MATLAB語言進行編程并進行實驗,首先進行噪聲判別,然后根據噪聲判別的結果進行降噪處理,實驗結果表明本算法具有比較好的降噪效果. 在實際應用中,特別是在光線較暗的情況下,成像系統會采取加補充光源的方法來增加曝光量.本論文中對成像系統的不均勻性,主要是光源造成的不均勻性,其余還有光學系統的漸暈效果,成像系統的暗電流及光響應的非均勻性等進行了探討,并采用校正矩陣的方法進行校正,經實驗驗證這種方法具有很好的校正效果.

展開

圖像傳感器噪聲：TIDA-

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Design guide — TIDA-

TIDUAO8.PDF (1203 K)

參考設計概述和經過驗證的性能測試數據

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Schematic — TIDA-

TIDRJE3.PDF (224 K)

設計布局和元件的詳細原理圖

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Bill of materials (BOM) — TIDA-

TIDRJE4.PDF (209 K)

設計元件、引用標識符和制造商/器件型號的完整列表

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Assembly drawing — TIDA-

TIDRJE5.PDF (96 K)

元件放置方式設計布局的詳細原理圖

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Gerber file — TIDA-

TIDCBK7.ZIP (382 K)

包含設計 PCB 物理板層信息的設計文件

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PCB layout — TIDA-

TIDRJE6.PDF (593 K)

用于生成 PCB 設計布局的 PCB 層圖文件

圖像傳感器噪聲：圖像傳感器--噪聲

圖像傳感器中的噪聲，可以被定義為： 導致所有圖像或者信號產生惡化的波動；
從圖像傳感器的傳感機理上，我們可以總結如下兩類：
（1） 固定模式噪聲
（2）暫態噪聲
我們這里提及的固定模式噪聲，是指拍攝靜態圖像時候，出現在二維空間上位置固定的噪聲信息，與之相對應的，暫態噪聲，是隨時間變化的噪聲；
暫態噪聲包括： 散粒噪聲，讀出噪聲（本底）噪聲，放大器噪聲，復位噪聲等；其中散粒噪聲在不同光照下表現不同，暗光下表現為暗電流散粒噪聲，光照下主要表現為光子散粒噪聲；
除了這些，在高于飽和的光照條件下，有拖尾和高光溢出，也屬于噪聲表現；