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图像传感器的动态范围由两端决定:最多能装多少电子,最小时能分辨多少电子。
DR = 20·log10(FWC / n_read)
举例:满阱 FWC = 30000 e-,读出噪声 n_read = 2 e-
DR = 20·log10(15000) ≈ 83.5 dB ≈ 13.9 bit
也就是说,配 14 bit ADC 刚好够用,标 16 bit 并不会凭空增加动态范围。像素越小,满阱通常越小,这是小像素高分辨率方案在强对比场景容易过曝的物理原因。
三个常被忽略的量:
1) 转换增益(e-/DN):把数字量换算成电子的桥梁,不测它就没法把噪声指标跨机型比较。
2) 暗电流:硅器件经验上温度每升高 7~8 ℃ 大约翻倍。长曝光夜景与工业在线检测差别主要在这里。
3) 满阱与 ADC 饱和的先后:应先让 ADC 饱和发生在满阱之后,否则高位白白浪费。
一套不用专业设备也能做的测量:
- 读噪声:全暗条件下连拍两帧,差分图像的标准差除以 √2 即为读出噪声(DN),再乘转换增益换算成 e-。
- 转换增益:取若干均匀光强,画「方差-均值」曲线,低照度段斜率即转换增益。
- 暗电流:固定增益,改变曝光时间,看暗场均值随时间的斜率。
结论:选型时把 FWC、读出噪声、转换增益、暗电流四项一起看,比对比像素总数有用得多。高分辨率若牺牲满阱,逆光场景的动态范围反而变差。
DR = 20·log10(FWC / n_read)
举例:满阱 FWC = 30000 e-,读出噪声 n_read = 2 e-
DR = 20·log10(15000) ≈ 83.5 dB ≈ 13.9 bit
也就是说,配 14 bit ADC 刚好够用,标 16 bit 并不会凭空增加动态范围。像素越小,满阱通常越小,这是小像素高分辨率方案在强对比场景容易过曝的物理原因。
三个常被忽略的量:
1) 转换增益(e-/DN):把数字量换算成电子的桥梁,不测它就没法把噪声指标跨机型比较。
2) 暗电流:硅器件经验上温度每升高 7~8 ℃ 大约翻倍。长曝光夜景与工业在线检测差别主要在这里。
3) 满阱与 ADC 饱和的先后:应先让 ADC 饱和发生在满阱之后,否则高位白白浪费。
一套不用专业设备也能做的测量:
- 读噪声:全暗条件下连拍两帧,差分图像的标准差除以 √2 即为读出噪声(DN),再乘转换增益换算成 e-。
- 转换增益:取若干均匀光强,画「方差-均值」曲线,低照度段斜率即转换增益。
- 暗电流:固定增益,改变曝光时间,看暗场均值随时间的斜率。
结论:选型时把 FWC、读出噪声、转换增益、暗电流四项一起看,比对比像素总数有用得多。高分辨率若牺牲满阱,逆光场景的动态范围反而变差。

