Understanding CMOS Image Sensor(16) _像素密度

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PRNU通常占总噪声的1~2%左右，很多时候是可以忽略的。从下图中可以看出当信号较大时光信号本身的散粒噪声远大于像素的非线性响应噪声。

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某些科研级的的线性度指标已经达到了惊人的99.9% 。

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在下图例子中，粉色表示的是不透光的像素，不应该有任何输出，黄色表示正常像素，应该有输出。实际上，光子是可以在硅片中穿透一定的距离的，从而有机会进入到粉色像素的感光区，从而变成粉色像素的信号，这就是CMOS 的串扰机制。

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下图显示了串扰的原理，黄色像素周围的多个像素都有可能捕获一些本属于黄色的光子，这也是一种噪声来源。

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从下图可以看出，波长越长，串扰越严重，某些像素位置串扰能量可以达到5% 。

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三星公司研发了技术用于抑制串扰，该技术使用metal grid制造电势屏障阻止电子进入相邻的像素，但是会引入一些新的问题，所以后来又发展出了 Plus技术，该技术是在的基础上改进了材料，避免了metal grid 引起的不良反应。

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索尼的HAD CCD技术给像素设计了一个特别的盖子,可以防止像素内的光电子逃逸，同时也防止像素外的自由电子进入像素内部。

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噪声模型
下图测量了中4种像素的光响应特性，从图种可以看出4种噪声的表现机理。PRNU体现的是红、绿、蓝三种像素的增益差异。对于任一种像素，光信号越强像素值抖动越大，这体现了光信号本身的散粒噪声。光信号为零时，输出幅度最小的像素体现了半导体的暗散粒噪声，而红、绿、蓝三种像素之间的差异体现了FPN噪声。

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尽管像素噪声有多种来源，但每种噪声的贡献程度并不是同等重要的。为了简化计算，实际上经常采用简化的噪声模型，只考虑光散粒噪声、暗散粒噪声、读出噪声、以及ADC器件的量化噪声，如下图所示。

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甚至可以进一步将量化噪声吸收到读出噪声中，于是每个像素的总有效噪声是下列所有噪声的总和：
由于暗散粒噪声和工作温度有关，因此降低温度有助于减少图像噪声。在科学、武器等应用中常会使用液氮给制冷以提高图像信噪比。很多装备了CCD/CMOS的导弹会带一个盛液氮的杜瓦瓶，导弹开机后杜瓦瓶向吹冷气使保持在零下几十度低温工作。
下图所示的是某科学级sCMOS ，通过气冷或者水冷的方式可以工作在-40~-30度低温下，像素的噪声得到极大的改善。