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两种常见CMOS图像传感器的比较

已有 17678 次阅读| 2009-4-17 23:53 |个人分类:CMOS图像传感器

CMOS图像传感器的具体电路结构多种多样，最常见的两种如3T结构和4T结构（也叫pinned diode pixel)，前者用在NikonD2H中，而后者则被Canon 10D采用。

3T	4T
电荷井容量大，强信号条件下有更好的信躁比	电荷井容量较小，强信号条件下信躁比差
较高的暗电流	较低的暗电流(1/10 of 3T）
复位噪音较大：~35 e-	复位噪音较小：~10 e-
填充系数*量子效率：~40%	填充系数*量子效率：~30%
像素密度高	像素密度低
成品率高	成品率稍低

一些基本概念：

CMOS图像传感器某像素输出值=入射光强度*填充系数(fill factor)*
量子效率(quantum efficiency)*转换增益(conversion gain)*模拟增益(amplifier gain)

1) 为了获取最大的光电转换效率，FF*QE越高越好。
2) 转换增益取决于电荷井容量，电荷井容量越大转换增益越低。转换增益决定了最低ISO值，
3) 信躁比等于信号电荷容量/噪音，在较明亮的环境下噪音主要是光子入射噪音(photon shot noise)，在信号弱时则主要是和复位噪音(k/TC噪音)。
4）动态范围(dynamic range) 等于电荷井容量/噪音
5）暗电流决定了长时间曝光的噪音, 暗电流随着环境温度增加而迅速增加。

从二者的比较来看，两个方案都各有优缺点。即使是在同一方案的设计中，各种参数也要互相平衡折衷。例如为了提高动态范围需要增加电荷井容量，但是这又会降低转换增益使之难以达到高ISO，还会增加所用硅片面积。

Foveon的x3传感器则采用了类似4T的6T结构，通过3个开关来切换R/G/B电荷读出。