イメージセンサの性能・評価方法一覧【ノイズ・SPAD・一般】

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性能・評価方法一覧 (ノイズ)

光ショットノイズ

光ショットノイズは同じパワーの光を照射しても,光がゆらぎによってひらいする光子がばらつくことで発生するノイズです.入射した平均のフォトン数を\(N\)とした場合に,標準的に発生する光ショットノイズは信号の標準偏差である\(\sqrt{N}\)が光ショットノイズとなります.

一定の光をセンサに照射して複数回撮影したとき,その標準偏差はバラつきを示し,光ショットノイズと光に依存しないランダムノイズの成分が入っています.光が強い場合はショットノイズが支配的になるため,ランダムノイズを無視することができるので,標準偏差がそのままショットノイズになります.

Read Noise

ランダムノイズはランダムに発生するノイズで,発生する原因は様々あります.ランダムノイズは光ショットノイズと光の強さによらないランダムノイズがありますが,光ショットノイズは入射する光によって決まるので評価したい場合は光ショットノイズ以外のランダムのノイズで比較します.光を入射しない状態で複数回撮影してその標準偏差を計算すれば,それがバラつきとなり,ランダムノイズを示しています.

暗電流

暗電流は光が全く入らない状態でも電荷が発生してしまう現象のことです.光を照射しないで複数回撮影して平均を出すとそれが暗電流によって発生した信号となります.暗電流は時間や温度に依存します.

固定パターンノイズ

固定パターンノイズ (FPN:Fix Pattern Noise)は同じ箇所で発生するノイズです.

FPNは複数枚の画像を取得して平均化することでランダムノイズを小さくした上で計測できます.これによって各画素間や列毎のバラつきを計測でき,これをもとに補正することで固定パターンノイズを小さくできます.

PRNU (Photo Response Non Uniformity)

PRNU (Photo Response Non Uniformity)は感度ムラのことで,同じ強さの光が照射されても各画素で同じ出力にならないために発生するノイズです.

画素全体に同じ強さの光を照射して,暗電流を引いてかつ複数枚撮影してランダムノイズを除去するとPRNUがどれだけが見えます.

性能・評価方法一覧 (SPAD)

DCR (Dark Count Rate)

DCR (Dark Count Rate)は光が入射されてない状態で検知された確率のことです.

デッドタイム

デッドタイム (不感時間)は光子を検知してから,次に光子を検知できるようになるまで不感になった時間のことです.

AP (After Pulse)

AP (After Pulse)はなだれが起きている際に電子が捕獲されてしまい,あとから放出されて再びなだれが起きて信号として検出されていまう現象です.

PDP (Photon detection probability)

PDP (Photon detection probability)は入射された光子一つを検出する確率です.

性能・評価方法一覧 (一般)

IRT (Impulse Response Time)

IRT (Impulse Response Time)はインパルス波を照射したときの応答を見ます.間接ToFなどで複数の電荷蓄積部を持つ画素の転送やラグの評価をすることができます.

FoM (Figure of Merit)

FoM (Figure of Merit:性能指数)はイメージセンサ以外でも任意の様々な性能を示す際に使われます.イメージセンサ全体を評価したい場合に,感度やノイズなどを含んだ式を用意してその値を比較したい他のイメージセンサなどでも出して評価する際などに使われます.FoMで評価する場合はそのときの式も一緒に示す必要があります.

まとめ

  • 光ショットノイズ:光がゆらぎによってひらいする光子がばらつくことで発生するノイズ
  • Read Noise:ランダムに発生するノイズ
  • 暗電流:光が全く入らない状態でも電荷が発生してしまう現象
  • 固定パターンノイズ:固定された場所で発生するノイズ
  • PRNU (Photo Response Non Uniformity):同じ強さの光が照射されても各画素で同じ出力にならない感度ムラのこと
  • DCR (Dark Count Rate)光が入射されてない状態で検知された確率
  • デッドタイム:子を検知してから,次に光子を検知できるようになるまで不感になった時間
  • AP (After Pulse):電子が捕獲されてしまい,あとから放出されて再びなだれが起きて信号として検出されていまう現象
  • PDP (Photon detection probability):入射された光子一つを検出する確率
  • IRT (Impulse Response Time):インパルス波を照射したときの応答
  • FoM (Figure of Merit):様々な性能を示す際に使われる性能指数

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イメージセンサの性能・評価方法一覧 【感度・飽和電子数等】

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