イメージセンサの評価項目・方法一覧

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工学

イメージセンサで良く使われる評価項目をまとめました.イメージセンサの勉強や計測などで役に立ててもらえれば幸いです.順次,評価項目・説明を追加していく予定です.

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評価方法

暗電流の評価

暗電流は光が全く入らない状態で撮影することで測定できます.この暗電流のみの画像を別で撮影した画像から引くことで暗電流の影響を小さくすることができます.またOB (オプティカルブラック)はセンサ内にほぼ完全に遮光されている画素ですが,このOBによって光が全く入らない状態で撮影することなく暗電流を測定することができるイメージセンサもあります.

固定パターンノイズの評価

固定パターンノイズは暗電流を除去してかつ,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,すべての画素に均一な光を照射して撮影することで計測できます.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.

リニアリティ特性(線形特性)の評価

図 リニアリティ特性

リニアリティ特性は上図のように輝度を上げながら撮影した際の出力をグラフにして,入力に対して出力がリニアリティかどうかを示す特性です.

ダイナミックレンジ

コンバージョンゲイン

コンバージョンゲイン (CG: conversion gain)は電荷電圧変換ゲインであり,1電荷あたり何Vの電圧に変換するかを示す指標です.

光ショットノイズの評価

光ショットノイズは入射したフォトン数を\(N\)とした場合に,その平方根である\(\sqrt{N}\)が光ショットノイズとなります.

QE (Quantum Efficient)

飽和電荷量

飽和電荷量 FW (Full Well)飽和電圧\(V_{sat}\)とコンバージョンゲイン\(CG\)から以下のように導くことができます.

$$V_{sat}=FW\times CG$$

分光特性

PDE (Photon Detection Efficient)

AP (After Pulse)

PCR (Photon Count Rate)

時間分解能計測

MTF (Modulation Transfer Function)

PRNU (Photo Response Non Uniformity)

まとめ

  • 暗電流の評価:光が全く入らない状態 (あるいはOB)で撮影することで測定可能
  • 固定パターンノイズの評価:すべての画素に均一な光を照射して撮影することで計測

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