【導讀】當前我們對圖像傳感器的依賴程度超出了大多數人的想象。圖像傳感器應用在汽車上

，幫助我們避免碰撞

；應用於建築監控，防止非法入侵
；應ying用yong於yu生sheng產chan線xian
，檢jian查zha產chan品pin的de質zhi量liang。有you趣qu的de是shi
，人ren們men經jing常chang按an照zhao像xiang素su大da小xiao和he分fen辨bian率lv等deng非fei常chang簡jian單dan的de指zhi標biao，對dui圖tu像xiang傳chuan感gan器qi進jin行xing分fen類lei
，但dan為wei不bu同tong應ying用yong選xuan擇ze合he適shi的de傳chuan感gan器qi要yao比bi這zhe複fu雜za得de多duo。

分辨率

我wo們men依yi賴lai傳chuan感gan器qi來lai探tan測ce危wei險xian，或huo檢jian測ce產chan品pin中zhong的de缺que陷xian

，因yin而er傳chuan感gan器qi的de圖tu像xiang質zhi量liang至zhi關guan重zhong要yao。係xi統tong設she計ji人ren員yuan和he最zui終zhong用yong戶hu通tong常chang認ren為wei
，更geng高gao的de分fen辨bian率lv（即圖像中的像素更多）可ke以yi增zeng強qiang圖tu像xiang質zhi量liang，但dan情qing況kuang並bing非fei總zong是shi如ru此ci。更geng高gao的de分fen辨bian率lv固gu然ran可ke以yi保bao留liu圖tu像xiang的de銳rui化hua邊bian緣yuan和he精jing細xi細xi節jie，有you助zhu於yu進jin行xing目mu標biao識shi別bie，但dan也ye有you其qi他ta一yi些xie因yin素su需xu要yao考kao慮lv。更geng高gao的de分fen辨bian率lv會hui對dui一yi些xie關guan鍵jian參can數shu造zao成cheng不bu利li影ying響xiang，比bi如ru捕bu獲huo速su度du/幀率
、傳感器尺寸和傳感器功耗。它還會影響其他一些係統因素
，例如更大的圖像需要更高的帶寬、存cun儲chu空kong間jian和he處chu理li能neng力li。如ru果guo必bi須xu達da到dao更geng高gao的de分fen辨bian率lv，那na麼me減jian小xiao像xiang素su大da小xiao可ke以yi維wei持chi鏡jing頭tou和he攝she像xiang機ji尺chi寸cun，以yi達da到dao成cheng本ben和he尺chi寸cun目mu標biao
，同tong時shi增zeng強qiang圖tu像xiang質zhi量liang。

人(ren)們(men)常(chang)以(yi)為(wei)需(xu)要(yao)增(zeng)加(jia)盡(jin)可(ke)能(neng)多(duo)的(de)像(xiang)素(su)
，而(er)不(bu)考(kao)慮(lv)這(zhe)決(jue)策(ce)對(dui)成(cheng)本(ben)和(he)係(xi)統(tong)性(xing)能(neng)的(de)影(ying)響(xiang)。每(mei)當(dang)新(xin)項(xiang)目(mu)啟(qi)動(dong)時(shi)，首(shou)先(xian)應(ying)進(jin)行(xing)全(quan)麵(mian)的(de)需(xu)求(qiu)分(fen)析(xi)
，需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)產(chan)品(pin)的(de)最(zui)終(zhong)用(yong)途(tu)、核心參數及各種約束條件，例如鏡頭和機身的物理尺寸、功率等限製因素。這樣可以確保傳感器更符合您的應用需求

，不會因過早依據分辨率而縮小選擇麵。

圖 1. 使用 1/1.5 英寸 540 萬像素 3 µm 分立二極管傳感器之前的分辨率

圖 2. 使用 1/1.8 英寸 830 萬像素 2.1 µm 超級曝光傳感器之後的分辨率

電源

tuxiangchuanganqidexingnenghaizaihendachengdushangqujueyuqitaxitongzujian，zhexiezujiankenengbuzaiguanglushang
，shenzhibushichuanganqideyibufen

，yinerkenengbutaiqiyan。ershejirenyuankenengjiuzaizhexiebutaiqiyandefangmianzuochuletuoxie
，lirudianyuandesheji。zhezhongtuoxiehuijiangdituxiangzhiliang
，yinweilaizidianyuanzujiandedianzaoshengkenengdaozhigezhongtuxiangquexian，kenengshimouxiexiweidequexian，yekenengshimeigeguankanzhedouhuizhuyidaodemingxianquexian，dantamenkenengbingbuzhidaoquexiandeqiyin。

實質上
，圖像傳感器就是光子計數器。在微光條件下，光子數量較低，因而係統中的任何“噪聲”在(zai)圖(tu)像(xiang)中(zhong)表(biao)現(xian)得(de)更(geng)為(wei)明(ming)顯(xian)。來(lai)自(zi)電(dian)源(yuan)的(de)電(dian)壓(ya)尖(jian)峰(feng)或(huo)電(dian)壓(ya)瞬(shun)變(bian)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)最(zui)終(zhong)的(de)圖(tu)像(xiang)輸(shu)出(chu)存(cun)在(zai)缺(que)陷(xian)。雖(sui)然(ran)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)設(she)計(ji)允(yun)許(xu)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)在(zai)容(rong)差(cha)範(fan)圍(wei)內(nei)波(bo)動(dong)，但(dan)一(yi)旦(dan)出(chu)現(xian)超(chao)出(chu)這(zhe)個(ge)範(fan)圍(wei)的(de)偏(pian)差(cha)，就(jiu)會(hui)影(ying)響(xiang)圖(tu)像(xiang)質(zhi)量(liang)。因(yin)此(ci)
，供(gong)電(dian)的(de)質(zhi)量(liang)是(shi)攝(she)像(xiang)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)中(zhong)的(de)一(yi)個(ge)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)因(yin)素(su)。

噪聲源

器件在測量光照時不出現任何誤差或偏差隻存在於理想情況中
；在zai現xian實shi中zhong，傳chuan感gan器qi芯xin片pian中zhong的de電dian路lu會hui遇yu到dao不bu同tong的de噪zao聲sheng源yuan，影ying響xiang每mei個ge像xiang素su的de信xin號hao電dian平ping，進jin而er影ying響xiang最zui終zhong圖tu像xiang中zhong的de像xiang素su。一yi般ban來lai說shuo，使shi用yong最zui新xin傳chuan感gan器qi可ke以yi很hen好hao地di控kong製zhi讀du出chu噪zao聲sheng，但dan另ling一yi種zhong名ming為wei暗an信xin號hao非fei均jun勻yun性xing (DSNU) 的噪聲源帶來了更大的挑戰。

在完全黑暗的條件下拍攝圖像時
，會出現 DSNU 噪聲源：由(you)於(yu)場(chang)景(jing)是(shi)完(wan)全(quan)黑(hei)暗(an)的(de)

，理(li)應(ying)完(wan)全(quan)沒(mei)有(you)信(xin)號(hao)，但(dan)有(you)些(xie)電(dian)子(zi)會(hui)出(chu)現(xian)異(yi)常(chang)行(xing)為(wei)，它(ta)們(men)被(bei)算(suan)作(zuo)由(you)入(ru)射(she)光(guang)引(yin)起(qi)的(de)，造(zao)成(cheng)圖(tu)像(xiang)不(bu)是(shi)完(wan)全(quan)黑(hei)色(se)的(de)。如(ru)果(guo)每(mei)個(ge)像(xiang)素(su)都(dou)有(you)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)，可(ke)以(yi)減(jian)去(qu)這(zhe)些(xie)噪(zao)聲(sheng)，就(jiu)好(hao)比(bi)您(nin)在(zai)編(bian)輯(ji)一(yi)張(zhang)照(zhao)片(pian)時(shi)，讓(rang)整(zheng)個(ge)圖(tu)像(xiang)都(dou)變(bian)得(de)暗(an)一(yi)點(dian)。但(dan)如(ru)果(guo)這(zhe)種(zhong)噪(zao)聲(sheng)在(zai)像(xiang)素(su)陣(zhen)列(lie)上(shang)不(bu)是(shi)均(jun)勻(yun)分(fen)布(bu)的(de)
，就(jiu)會(hui)出(chu)現(xian)問(wen)題(ti)

，因(yin)而(er) DSNU 是衡量像素陣列差異大小的指標
，而隨著傳感器溫度升高，這個問題會變得更嚴重。

youyuhuishouwenduyingxiang，chuanganqikenengzaiyoukongtiaodeshiyanshineiceshijieguolianghao，danzaihuwaideyanrehuanjingxia，biaoxiandebujinrurenyi。yanredeyejianhuanjingduikongzhi DSNU 帶dai來lai了le極ji大da的de挑tiao戰zhan，由you於yu沒mei有you太tai多duo的de有you效xiao信xin號hao，這zhe種zhong噪zao聲sheng源yuan將jiang變bian得de更geng加jia明ming顯xian。為wei了le解jie決jue這zhe個ge問wen題ti，應ying在zai係xi統tong常chang規gui工gong作zuo的de溫wen度du範fan圍wei內nei和he不bu同tong光guang照zhao條tiao件jian下xia，對dui任ren何he傳chuan感gan器qi進jin行xing測ce量liang。如ru果guo僅jin根gen據ju室shi溫wen環huan境jing中zhong的de測ce試shi來lai選xuan擇ze圖tu像xiang傳chuan感gan器qi，則ze在zai溫wen度du升sheng高gao時shi，可ke能neng遇yu到dao意yi外wai情qing況kuang。

信噪比 (SNR)

信噪比的英文縮寫為 SNR，定ding義yi為wei信xin號hao功gong率lv與yu噪zao聲sheng功gong率lv的de平ping均jun比bi率lv。無wu論lun噪zao聲sheng多duo大da，如ru果guo信xin噪zao比bi非fei常chang高gao，則ze噪zao聲sheng對dui圖tu像xiang的de影ying響xiang會hui小xiao得de多duo。這zhe就jiu好hao比bi餐can館guan賬zhang單dan上shang的de錯cuo誤wu。如ru果guo您nin隻zhi點dian了le一yi杯bei咖ka啡fei
，多duo 3 meiyuanjiuhenrongyifaxian，danruguoshiyidaqunrenyongcan，zhangdanjinedadaojibaimeiyuan，ninkenengbuhuizhuyidaoduochudefeiyong
，yinweitazhanzongjinedebaifenbifeichangxiao，jishizailiangzhongqingkuangxiadoushi 3 美元。同樣，如果信號來自數千個光子，就算多幾個光子，您可能也不會注意到多出的信號。

zaihuidaotuxiangchuanganqi
，ruguonindetuxiangbaohanliangguangquyuheanguangquyu，ninjiangzaimouxiequyufaxiangengduozaosheng。churenyiliaodeshi，zhexiezaoshengkenengbuzaituxiangdeanguangbufen，erkenengzai“中光”區(qu)域(yu)。在(zai)低(di)光(guang)向(xiang)亮(liang)光(guang)轉(zhuan)換(huan)的(de)過(guo)渡(du)區(qu)域(yu)，仍(reng)然(ran)存(cun)在(zai)一(yi)些(xie)設(she)計(ji)限(xian)製(zhi)。要(yao)在(zai)不(bu)引(yin)入(ru)技(ji)術(shu)細(xi)節(jie)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)解(jie)釋(shi)清(qing)楚(chu)這(zhe)一(yi)點(dian)不(bu)太(tai)容(rong)易(yi)
，但(dan)我(wo)們(men)可(ke)以(yi)將(jiang)它(ta)比(bi)作(zuo)自(zi)行(xing)車(che)上(shang)的(de)齒(chi)輪(lun)以(yi)便(bian)理(li)解(jie)。如(ru)果(guo)您(nin)有(you)一(yi)輛(liang)10速自行車，它會帶有一個針對低速優化的齒輪和一個針對最高速優化的齒輪，兩者之間還有很多檔位。假定自行車隻有最高速齒輪、中速齒輪
、最低速齒輪：您將擁有適用於慢速（低光）、中速（中光）
、快速（亮光）騎行的合適齒輪，但從低速到中速、從中速到高速的轉換則不會太舒適，在騎行的某些路段，您會發現這些缺少的齒輪很重要。

youxiezhizaoshangchangjiangpingjunxinzaobidangzuotuxiangchuanganqidezhuyaozhibiao，teyixuanzexinzaobilianghaoquyudexingnengtongjishuju

，anshizhexieshujudaibiaolesuoyouguangzhaotiaojianxiadezhengtituxiangzhiliang。zhejiuleisiyushangshushilizhongdezixingchezhizaoshangjiang 3 速自行車的平均齒輪比數據用到10速自行車上。中速齒輪約為所有3個檔位的平均值，但從低速到中速
、從中速到高速的轉換存在很大的空白，現有的3個齒輪都不是理想的選擇。設計人員必須知道這一點，不要受到“平均”信噪比的蒙蔽。解決方法是在所需的各種不同光照條件下，對傳感器進行測試，並且測量整個範圍內的信噪比，看看您是否會受到“自行車缺少齒輪”的影響。

簡(jian)而(er)言(yan)之(zhi)，如(ru)果(guo)圖(tu)像(xiang)質(zhi)量(liang)對(dui)於(yu)您(nin)的(de)圖(tu)像(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)應(ying)用(yong)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)，您(nin)必(bi)須(xu)避(bi)開(kai)一(yi)些(xie)潛(qian)在(zai)的(de)陷(xian)阱(jing)。對(dui)分(fen)辨(bian)率(lv)和(he)噪(zao)聲(sheng)影(ying)響(xiang)所(suo)做(zuo)的(de)假(jia)設(she)必(bi)須(xu)通(tong)過(guo)測(ce)試(shi)加(jia)以(yi)驗(yan)證(zheng)，從(cong)而(er)確(que)保(bao)在(zai)最(zui)終(zhong)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)中(zhong)不(bu)出(chu)意(yi)外(wai)。

來源：安森美
，Geoff Ballew

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