图像传感器图像质量的误区有哪些

目前，我们比大多数人想象的更依赖图像传感器。图像传感器应用于汽车，帮助我们避免碰撞；用于建筑监控，防止非法入侵；用于生产线，检查产品质量。有趣的是，人们经常根据像素大小和分辨率等非常简单的指标对图像传感器进行分类，但为不同的应用程序选择合适的传感器要复杂得多。

一、分辨率

我们依靠传感器来检测危险或产品中的缺陷，因此传感器BD244B的图像质量非常重要。系统设计师和最终用户通常认为，更高的分辨率（图像中有更多的像素）可以提高图像质量，但情况并非总是如此。更高的分辨率可以保留图像的锐化边缘和细节，有助于目标识别，但还有其他因素需要考虑。更高的分辨率会对一些关键参数产生不利影响，如捕获速度/帧率、传感器尺寸和传感器功耗。它还会影响其他一些系统因素，如更大的图像需要更高的带宽、存储空间和处理能力。如果必须达到更高的分辨率，减小像素尺寸可以维持镜头和相机的尺寸，以实现成本和尺寸目标，提高图像质量。

人们常常认为需要增加尽可能多的像素，而不考虑这个决定对成本和系统性能的影响。每当新项目启动时，首先要进行全面的需求分析，需要考虑产品的最终用途、核心参数和各种约束条件，如镜头和机身的物理尺寸、功率等限制因素。这样可以保证传感器更符合你的应用需求，选择面不会因为分辨率过早而缩小。

二、电源

图像传感器的性能在很大程度上取决于其他系统组件，它们可能不在光路上，甚至不是传感器的一部分，所以它们可能不是很显眼。设计师可能会在这些不显眼的方面做出妥协，比如电源设计。这种妥协会降低图像质量，因为电源组件的电噪声可能会导致各种图像缺陷，一些细微的缺陷，或者每个观众都会注意到的明显缺陷，但他们可能不知道缺陷的原因。

本质上，图像传感器是光子计数器。在微光条件下，光子数量较低，因此图像中系统中的任何“噪声”都更为明显。电源的电压峰值或电压瞬变可能导致最终图像输出的缺陷。虽然传感器的设计允许电源电压在容差范围内波动，但一旦偏差超出该范围，就会影响图像质量。因此，供电质量是相机系统设计中的一个关键因素。

三、噪声源

设备在测量光照时没有误差或偏差，只存在于理想情况下；实际上，传感器芯片中的电路会遇到不同的噪声源，影响每个像素的信号电平，进而影响最终图像中的像素。一般来说，使用最新的传感器可以很好地控制读取噪声，但另一种叫做暗信号不均匀性(DSNU)噪声源带来了更大的挑战。

在完全黑暗的条件下拍摄图像时，会出现DSNU噪声源:因为场景完全黑暗，应该没有信号，但是有些电子会有异常行为，被认为是入射光引起的，导致图像不完全黑色。如果每个像素都有这种情况，它可以减少噪音，就像你在编辑照片时让整个图像变暗一样。但是如果这种噪音在像素阵列中分布不均匀，就会出现问题，所以DSNU是衡量像素阵列差异的指标，随着传感器温度的升高，这个问题会变得更加严重。

由于温度的影响，传感器在有空调的实验室中可能测试得很好，但在室外炎热的环境中并不令人满意。炎热的夜间环境对DSNU的控制带来了巨大的挑战，噪声源将变得更加明显，因为没有太多的有效信号。为了解决这个问题，任何传感器都应该在系统的常规工作温度范围和不同的光照条件下进行测量。如果图像传感器仅根据室温环境中的测试来选择，则在温度升高时可能会发生事故。

四、信噪比(SNR)

信噪比的英文缩写为SNR，定义为信号功率与噪声功率的平均比。不管噪音有多大，如果信噪比很高，噪音对图像的影响就会小很多。这就像餐厅账单上的错误。如果你只点了一杯咖啡，很容易发现超过3美元。但是，如果一大群人吃饭，账单金额达到几百美元，你可能不会注意到额外的成本，因为它占总金额的百分比很小，即使在两种情况下都是3美元。同样，如果信号来自数千个光子，即使多了几个光子，你也可能不会注意到额外的信号。

回到图像传感器，如果你的图像包含亮光区域和暗光区域，你会在某些区域发现更多的噪音。令人惊讶的是，这些噪音可能不在图像的暗光部分，而是在“中光”区域。在低光向亮光转换的过渡区域，仍然存在一些设计限制。在不引入技术细节的情况下解释这一点并不容易，但我们可以把它比作自行车上的齿轮来理解。如果你有一辆10速自行车，它将有一个低速优化齿轮和一个最高速优化齿轮，两者之间有很多齿轮。假设自行车只有最高速齿轮、中速齿轮和最低速齿轮：您将拥有适合慢速（低光）的齿轮、中速（中光）、适合快速（明亮）骑行的齿轮，但从低速到中速，从中速到高速的转换并不太舒适。在某些骑行路段，你会发现这些缺失的齿轮非常重要。

一些制造商经常将平均信噪比作为图像传感器的主要指标，特别选择信噪比良好区域的性能统计数据，表明这些数据代表了所有光照条件下的整体图像质量。这类似于上述例子中的自行车制造商在10速自行车上使用了3速自行车的平均齿轮比数据。中速齿轮约为所有三个齿轮的平均值，但从低速到中速，从中速到高速的转换有很大的差距，现有的三个齿轮并不是理想的选择。设计师必须知道这一点，不要被“平均”的信噪比所蒙蔽。解决方案是在所需的不同光照条件下测试传感器，并测量整个范围内的信噪比，看看你是否会受到“自行车缺少齿轮”的影响。

简而言之，如果图像质量对你的图像传感器应用至关重要，你必须避免一些潜在的陷阱。必须通过测试验证对分辨率和噪声影响的假设，以确保在最终系统设计中不会发生意外。