CMOS信噪比与感光面积的关系

2020 年 10 月 25 日

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## 前言
一般情况下，相同分辨率的sensor，如果感光面积越大，则其单位像素的感光面积也越大，成像质量也会越好。即相同分辨率品质相当的sensor，`2/3”`的传感器成像质量`一般情况`就要优于`1/2”`的，尤其是在低照环境下的成像。

## 举例
### SC200AI
思特威公司的`SC200AI`举例，一款`200W`sensor（官方资料）
```
项目            |  参数 
Resolution      2MP
Pixel Array     1928H x 1088V
Pixel Size       2.9μm x 2.9μm
Optical Format  1/2.8"
Max Frame Rate  1920H x 1080V @60fps
10 bit DVP
10/8 bit 1/2 lane MIPI
Output Format RAW RGB
CRA 15°
Sensitivity 8,200mV/Lux·s
HDR Mode up to 100dB
Linear Mode 83dB
SNR 42dB
Operation Temperature Range -30°C to +85°C
Best IQ Temperature -20°C to +60°C
Analog = 2.8V
Digital = 1.2V
I/O = 1.8V
Package 41 pin CSP
Package Size 6.26mm x 4.07mm
```

### SC2238
思特威公司的`SC2238`举例，一款`200W`sensor（官方资料）
```
项目 参数
Resolution 2MP
Pixel Array 1936H x 1096V
Pixel Size 3.0μm x 3.0μm
Optical Format 1/2.7″
Max Frame Rate 1936H x 1096V @50fps
Output Interface 12 bit DVP
Output Format RAW RGB
CRA 15°
Sensitivity 3900mV/Lux·s
Dynamic Range 72dB
SNR 40dB
Operation Temperature Range -30°C to +85°C
Best IQ Temperature -20°C to +60°C
Analog = 2.8V
Digital = 1.5V
I/O = 1.8V
Package 41 pin CSP
Package Size 6.48mm x 4.67mm
```
SC2238的像素大小`2.9μm x 2.9μm`，靶面大小`1/2.8"`，分辨率`1920H x 1080V`

SC200AI的像素大小`3.0μm x 3.0μm`，靶面大小`1/2.7″"`，分辨率`1936H x 1096V`

SC2238像素感光面积更大一点，靶面较SC200AI大一点，实际开发情况也是SC2238的低照效果较SC200AI好一些

## 满阱容量（Full-Well Capacity-FWC）
一般情况下，相同分辨率的sensor，如果感光面积越大，则其单位像素的感光面积也越大，成像质量也会越好。具体探讨特殊情况，就要提到`CIS`（`CMOS Image Sensor`）器件的满阱容量（`Full-Well Capacity-FWC`），光电二极管的电容能够积累的最大电荷量称为`满阱容量`。

关于`FWC`的详细内容可以阅读《数码相机中的图像传感器和信号处理》

一款sensor的信噪比主要是由`散粒噪声`和`暗噪声`影响，散粒噪声分析可以参考“https://zhuanlan.zhihu.com/p/153079295”，在光照充足的条件即sensor低增益下，主要受散粒噪声影响，反之，在光照不足的情况即sensor高增一下，信噪比主要受暗噪声影响。

最后修改：2020 年 10 月 25 日