朱良销,余学才,陈 涛,苏 柯,王世阳

(电子科技大学光电信息学院,成都 610054)

对于图像传感器,提高动态范围(DR)和信噪比(SNR)是很重要的。图像传感器的动态范围被定义为最大非饱和信号与黑暗条件下噪声的比值,这是图像传感器品质的关键因素[1]。传统结构的图像传感器的动态范围只有大约 60 dB,而环境图景的动态范围往往超过 100 dB[2],这就使得图像传感器所拍摄到的图像的对比度不够,当强背景光时,会使得图像传感器饱和,导致图像分辨率不足。

图像传感器的动态范围定义为最大非饱和信号和最小可测信号的比值,即表示为：动态范围 =最大非饱和信号/最小可测信号[3]。其中,最大非饱和信号为临界饱和信号,与光电探测器的势阱容量有关;最小可测信号为噪声的均方差。一般来说,图像传感器的动态范围都达不到自然界光强的范围,尤其是CMOS图像传感器的读出噪声较大,动态范围更受限制。图像传感器的动态范围示意图如图 1所示。

根据上图中饱和值和最小可测信号值的比值就可以求得图像传感器的动态范围。

图1 图像传感器的动态范围示意图

自然场景的光动态范围大于 105(100 dB),常见图像采集系统的动态范围[4],如表 1所示。

表1 常见图像采集系统的动态范围

从上表中可以看出,只有高端 CCD数码相机的动态范围才能达到胶片相机和人眼的水平,此类数码相机价格非常昂贵,应用受到很大的限制。由于自然场景的光动态范围大于 100 dB,CMOS图像传感器若要在更多领域取代 CCD图像传感器,开拓出更广阔的市场,就必须扩展其动态范围。……