如今，我們比大多數人意識到的更依賴圖像傳感器。 它們在我們的車輛中，幫助我們避免碰撞，在建築物上監視入侵者，在生産線上檢查商品的質量。 有趣的是，它們通常按非常簡單的指标進(jìn)行分類，例如像素大小或分辨率，但爲特定應用選擇最佳傳感器要複雜得多。

       解決方法

       圖像質量至關重要，因爲我們依靠傳感器來檢測危險或發(fā)現制成(chéng)品中的缺陷。 系統設計人員（和最終用戶）通常認爲更高的分辨率（圖像中的更多像素）會(huì)提高圖像質量。 然而，并非總是如此。 更高的分辨率确實會(huì)在圖像中保留更清晰的邊緣和更精細的細節，這(zhè)有助于物體識别——但還(hái)有其他考慮因素。 更高的分辨率會(huì)影響關鍵參數，包括捕獲速度/幀速率、傳感器尺寸和傳感器功率。 它還(hái)會(huì)影響其他系統元素，因爲更大的圖像需要更多的帶寬、存儲和處理能(néng)力。 在需要更高分辨率的情況下，減小像素尺寸可以保持鏡頭和相機尺寸，以滿足成(chéng)本和尺寸目标，同時(shí)提高圖像質量。

       人們經(jīng)常假設他們需要盡可能(néng)多的像素，而不考慮他們的決定在成(chéng)本和系統性能(néng)方面(miàn)的影響。 在新項目開(kāi)始時(shí)，完整的需求分析應該從最終用途和滿足該需求的核心參數開(kāi)始，并受到物理尺寸（鏡頭和相機機身）、功率或其他限制等限制。 與在評估中過(guò)早通過(guò)分辨率限制選擇相比，這(zhè)種(zhǒng)方法將(jiāng)産生更符合您的應用需求的傳感器。

       電源

       圖像傳感器的性能(néng)還(hái)高度依賴于額外的系統組件，這(zhè)些組件可能(néng)并不明顯，因爲它們不在光路中，甚至不屬于傳感器設備本身。 因此，設計人員可能(néng)會(huì)在電源設計等方面(miàn)做出妥協。 這(zhè)種(zhǒng)方法會(huì)降低圖像質量，因爲電源組件的電噪聲會(huì)導緻圖像缺陷，這(zhè)些缺陷可能(néng)從細微到顯而易見，每個觀衆都(dōu)會(huì)注意到，即使他們不知道(dào)原因。

       本質上，圖像傳感器是光子計數器。 在弱光條件下，光子數量較少，因此系統中的任何“噪聲”在圖像中都(dōu)會(huì)更加明顯。來自電源的電壓尖峰或電壓瞬變會(huì)導緻最終圖像輸出出現缺陷。 雖然傳感器設計用于電源電壓在公差範圍内波動，但超出該範圍的任何偏差都(dōu)可能(néng)影響圖像質量。因此，供電質量是相機系統設計的關鍵要素。

       噪聲源

       雖然擁有一個完美的設備可以無誤差或無偏差地測量，但實際上，傳感器芯片中的電路會(huì)受到不同的噪聲源的影響，這(zhè)些噪聲源會(huì)影響每個像素的信号水平，從而影響最終圖像中的像素。 一般來說，現代傳感器可以很好(hǎo)地控制讀取噪聲，但另一種(zhǒng)稱爲暗信号非均勻性 (DSNU) 的噪聲源更具挑戰性。

       DSNU是你在完全黑暗中拍攝的圖像所看到的：它是黑暗的，所以根本不應該有信号，但一些電子的行爲并不完美，所以它們被(bèi)認爲是由入射光引起(qǐ)的，并且圖像將(jiāng)不是完全黑色的。 如果每個像素都(dōu)相同，則可以減去它——就(jiù)像您可以編輯照片以使整個圖像稍微暗一些一樣(yàng)。 當整個陣列不均勻時(shí)就(jiù)會(huì)出現問題，因此 DSNU 是衡量整個陣列有多少變化的量度，并且随著(zhe)傳感器溫度的升高而變得更糟。 由于受溫度影響，傳感器在裝有空調的實驗室中測試時(shí)可能(néng)看起(qǐ)來不錯，但如果在炎熱的夜晚在室外進(jìn)行測試，則效果不佳。 炎熱、漆黑的夜晚對(duì) DSNU 的管理最具挑戰性，因爲有效信号不多，這(zhè)個噪聲源會(huì)更明顯。 爲解決這(zhè)個問題，請在您的系統正常使用的溫度和照明條件範圍内測量任何傳感器。

       信噪比 (SNR)

       SNR信噪比，定義爲信号功率與噪聲功率的平均比值。 不管有多少噪聲，如果信噪比非常高，那麼(me)噪聲對(duì)圖像的影響就(jiù)不那麼(me)明顯了。 把這(zhè)想象成(chéng)餐館支票上的錯誤。

       如果你隻點了一杯咖啡，3 美元的額外費用似乎是一筆不小的數目，但如果你有一大群人并且賬單是數百美元，你可能(néng)不會(huì)注意到額外費用，因爲它隻是一個很小的百分比 錯誤，即使在這(zhè)兩(liǎng)種(zhǒng)情況下都(dōu)是 $3。 同樣(yàng)，如果你有來自數千個光子的信号電平，你不太可能(néng)注意到一些額外的東西。

       回到圖像傳感器，如果您的圖像有亮區和暗區，您會(huì)在某些區域觀察到更多噪點。 具有諷刺意味的是，這(zhè)可能(néng)不在圖像的黑暗部分，而可能(néng)在“中間光線”中。 盡管如此，在低光過(guò)渡到較高亮光的區域中仍暴露出設計限制。 如果不深入了解技術細節，很難解釋這(zhè)一點，但類比可能(néng)就(jiù)像自行車上的齒輪。 如果您有一輛 10 速自行車，您將(jiāng)擁有一個針對(duì)低速優化的齒輪，一個針對(duì)最高速度優化的齒輪，以及這(zhè)兩(liǎng)者之間的許多步驟。 現在假設您隻有最高檔、中檔和最底檔：您將(jiāng)擁有适合慢速（低光）、中速（中光）或快速（明亮的陽光）的齒輪，但是您從低速到中速和中速到高速不會(huì)很舒服，你可能(néng)會(huì)發(fā)現你的旅程的某些部分确實需要這(zhè)種(zhǒng)缺失的齒輪之一。

       一些制造商經(jīng)常將(jiāng)平均 SNR 吹捧爲圖像傳感器的主要指标，通過(guò)挑選 SNR 良好(hǎo)的區域引用性能(néng)統計數據，并暗示這(zhè)代表了所有照明條件下的整體圖像質量。 這(zhè)類似于自行車制造商在我們的示例中引用 3 速自行車的平均傳動比。 中間檔位大約是所有 3 個檔位的平均值，但從低檔到中檔和中檔到高檔的過(guò)渡留下了很大的差距。 設計人員必須了解這(zhè)一點，并超越“平均”SNR 聲明。 解決方案是針對(duì)應用所需的照明條件範圍測試傳感器，并測量整個範圍内的 SNR，試圖發(fā)現您的自行車是否存在“缺檔”問題。

       簡而言之，如果圖像質量對(duì)您的圖像傳感器應用至關重要，那麼(me)您需要避免一些潛在的陷阱。 關于分辨率和噪聲影響的假設必須通過(guò)測試進(jìn)行驗證，以确保您的最終系統設計不會(huì)出現意外。

       來源：電子工程世界