灵敏度

CMOS及CCD感光sensor的主要技术参数解析

一、灵敏度：

灵敏度表示当sensor被光均匀的照射时，当照度是1LUX（勒克斯：照度单位）时，在1s内，光电转换器所能达到的电压幅值的最大值。单位一般是LUX/s

二、CCD的灵敏度

CCD将光能转换成电荷的效率（又称光注入电荷能力）取决于多个因素。光注入电荷

Qin=k·A·Noe·ttotal （1）

式中，Qin为注入电荷量；k为固定系数；A为光敏单元的受光面积；Noe为入射光的光强；ttotal为光注入时间。

从上式可以看出，k和半导体材料有关；A和CCD的晶片尺寸和结构有关，k和A决定了该摄像头的灵敏度，尤其是受光面积A，更是影响灵敏度的关键；Noe与入射光的光谱和光强有关。在k及A都确定后，光注入的电荷就只和Noe和时间ttotal成正比了，也就是说和投影到光敏像元上的光强度和光照的累积时间成正比。控制累积时间ttotal，就是控制CCD的曝光时间，为CCD设计电子快门提供了基础。

摄像头的灵敏度和动态范围一样，与噪音有关。假设噪音的方差σ等效于100个光电子，那么为了保证从噪音中检出信号，信号至少应大于3σ才能较稳定地被检出，也就是最小可检出信号，即灵敏度应为300个光电子。现代CCD图像传感器芯片的灵敏度已几乎能达到1个光电子了。

三、阱深与灵敏度：

1、阱深：CCD探测器上每个感光像元或者输出通道像元可以储存的电荷最大数目叫做阱深。一般CCD会标注两个阱深，一个是单像元（即感光像元），一个输出像元；阱深决定了可用于像元单次能接收的最大电荷信号或者输出信号。

工作原理是：若在CCD电极上施加一个适当的正电压，会形成电荷耗尽区，即能够吸引电子的势阱。电极上所加的电压越高，势阱越深，电荷留在阱内量越多；一般来说像元越大的，阱深也越大（相当于水桶容量大）。

2、灵敏度：对于探测器， 灵敏度特性曲线可以分成三个部分：暗区域， 线性区域和饱和区域。

灵敏度特性曲线的暗区域表示探测器对低照度的探测情况。 在暗区域的输出非常低，有可能会被噪声覆盖。当逐渐增加入射光子数， 你会发现一个点， 在这个点上随着光的数量不断增加，探测器的输出开始可预知地增加。这个点叫做 NEE（Noise Equivalent Exposure）。在达到 NEE 点之后，传感器的输出开始变成线性。输出一直是线性的，直到达到另外一个点，这个点叫做 SEE（Saturation Equivalent Exposure）。在这个点上随着光照的增加传感器的输出以非线性增加。探测器的灵敏度曲线线性部分就是通常提及的灵敏度。对于一给定数量的光，探测器的输出电压越高，它的灵敏度就越高。这样也能说明和阱深有一定的关系。当我们关注灵敏度的时候，也不能单纯只看阱深，刚才也说了如果NEE水平线太高，那么在低光照情况下，信号也容易被噪声覆盖，这样也根本体现不出灵敏度高的优势来。我们同时也可以通过动态范围来看，动态范围=20Xlog10（满阱容量／总噪声)，动态范围越大,CCD灵敏度也越好。

四、动态范围：

动态范围用以表征sensor在一幅图像里面能够同时体现高光和阴影部分内容的能力。动态范围越大，图片包含的亮度信息越丰富，图片的明暗和色彩表现也更生动，通常会提供两种场景下的动态范围值，第一种是普通模式（common mode），第二种是高动态范围模式（HDR mode）。

五、信噪比：

信噪比即信号和噪声的比例，反映了sensor压制噪声的能力，单位一般是dB，数值越大，说明sensor抑制噪声的能力越强。

六、最大输出帧率：

最大输出帧率表示sensor在正常工作情况下，在某一分辨率下，每秒钟能够输出的图像的张数，一般用fps来表示。例如某sensor数据表中写有1280800@60fps，代表该sensor在1280800分辨率的前提下，每秒钟可以输出60张图片。

七、数据输出格式：

数据输出格式，表示sensor输出的图像数据的格式，一般常见有MONO、YUV、RAW、RGB等。

八、数据输出接口：

数据输出接口表示sensor可以与外界进行通信的接口，常见有DVP、MIPI、SPI等。

九、工作温度范围：

表示sensor能够正常工作的环境温度范围。

十、封装：

指sensor的封装形式，一般常见有CLCC、WLP、PLCC、SM等等。

十一、像素尺寸：

像素尺寸即每个像素点的大小，单位为um（微米）。

十二、有效像素阵列：

有效像素阵列是指在sensor的水平H（Horizontal）和垂直V（Virtical）方向上，分别含有的有效像素点的个数，很多时候，并不是所有感应器上的像素都能被运用。通常其余部分被用来表示黑色，H与V的乘积一般等于或大于分辨率数值。

十三、分辨率：

常见分辨率的感性表述即30万、100万、200万，正确表述应该为0.3M、1M、2M，其中M代表百万，是像素单位。Sensor分辨率即指在单位面积上，像素的个数，数值越大，则代表像素点越多，捕获的图像细节越多，或者说图像更清晰。

像素阵列，每一个像素块中均包含有RGB三原色。

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