光子散粒噪声

   图像传感器包含很多的噪声源,可以分为时域噪声源和空间噪声源,举例如下:

   1)时域噪声:拓℃噪声、约翰逊噪声、1〃噪声、RTS噪声、暗电流散粒噪声、光子散粒噪声、电源噪声、相位噪声、量化噪声等。

P0030SA

   2)空间噪声:暗固定模式噪声、亮固定模式噪声、列固定模式噪声、行固定模式噪声、缺陷像素、坏点像素、划痕等。本章的目的不是研究所有的噪声,而是把光子散粒噪声当作讨论的重点。光子散粒噪声是在曝光时间内,照射到传感器上光子数量的统计变化。照射到传感器上的光子数量是由柏松统计描述的随机过程。像素在曝光时间接收到数量为uph的光子,则u止是一个平均值,并由偏离标准的噪声系数σph表征,被称为光子散粒噪声。平均值和噪声之间的关系为

    σph=√uph        

    光子被硅吸收后,数量为uph的光子在每个像素中产生ue个电子,由噪声σph表征,两者关系也是方均根的关系。无时不在的光子散粒噪声对成像系统的信噪比有着一个非常有趣的影响:在 一个完美无其他噪声的相机中的无噪声传感器中,该成像系统的性能则完全由光子散粒噪声所限制。最大的信噪比(s/Ⅳ)MAx被定义为

或者说最大的信噪比等于信号值的方均根。这个发现产生了一个有趣的经验法则:为了满足顾客对图像质量的需求,最小的信噪比需要达到娴dB甚至更高,相当于每个像素要产生10OO0个电子(这个数量随着图像处理技术以及噪声的消除而呈逐渐降低的趋势)。

   一方面,随着CMOS技术进一步发展,像素越来越小,像素尺寸的下限将不再由CMOS技术设定的最小尺寸确定,而主要取决于像素存储的电子数量。另一方面,像素中较低的电子饱和度水平将总是致较低的信噪比,因为在最佳情况下,光子散粒噪声将是主要的噪声源。