CMOS信噪比与感光面积的关系

前言

一般情况下，相同分辨率的sensor，如果感光面积越大，则其单位像素的感光面积也越大，成像质量也会越好。即相同分辨率品质相当的sensor，2/3”的传感器成像质量一般情况就要优于1/2”的，尤其是在低照环境下的成像。

举例

SC200AI

思特威公司的SC200AI举例，一款200Wsensor（官方资料）

项目            |  参数
Resolution      2MP
Pixel Array     1928H x 1088V
Pixel Size       2.9μm x 2.9μm
Optical Format  1/2.8"
Max Frame Rate  1920H x 1080V @60fps
10 bit DVP
10/8 bit 1/2 lane MIPI
Output Format RAW RGB
CRA 15°
Sensitivity 8,200mV/Lux·s
HDR Mode up to 100dB
Linear Mode 83dB
SNR 42dB
Operation Temperature Range -30°C to +85°C
Best IQ Temperature -20°C to +60°C
Analog = 2.8V
Digital = 1.2V
I/O = 1.8V
Package 41 pin CSP
Package Size 6.26mm x 4.07mm

SC2238

思特威公司的SC2238举例，一款200Wsensor（官方资料）

项目 参数
Resolution 2MP
Pixel Array 1936H x 1096V
Pixel Size 3.0μm x 3.0μm
Optical Format 1/2.7″
Max Frame Rate 1936H x 1096V @50fps
Output Interface 12 bit DVP
Output Format RAW RGB
CRA 15°
Sensitivity 3900mV/Lux·s
Dynamic Range 72dB
SNR 40dB
Operation Temperature Range -30°C to +85°C
Best IQ Temperature -20°C to +60°C
Analog = 2.8V
Digital = 1.5V
I/O = 1.8V
Package 41 pin CSP
Package Size 6.48mm x 4.67mm

SC2238的像素大小2.9μm x 2.9μm，靶面大小1/2.8"，分辨率1920H x 1080V

SC200AI的像素大小3.0μm x 3.0μm，靶面大小1/2.7″"，分辨率1936H x 1096V

SC2238像素感光面积更大一点，靶面较SC200AI大一点，实际开发情况也是SC2238的低照效果较SC200AI好一些

满阱容量（Full-Well Capacity-FWC）

一般情况下，相同分辨率的sensor，如果感光面积越大，则其单位像素的感光面积也越大，成像质量也会越好。具体探讨特殊情况，就要提到CIS（CMOS Image Sensor）器件的满阱容量（Full-Well Capacity-FWC），光电二极管的电容能够积累的最大电荷量称为满阱容量。

关于FWC的详细内容可以阅读《数码相机中的图像传感器和信号处理》

一款sensor的信噪比主要是由散粒噪声和暗噪声影响，散粒噪声分析可以参考“https://zhuanlan.zhihu.com/p/153079295”，在光照充足的条件即sensor低增益下，主要受散粒噪声影响，反之，在光照不足的情况即sensor高增一下，信噪比主要受暗噪声影响。

一般情况下，sensor的FWC提高了，散粒噪声会减少，即低增益下的信噪比会提升，高增益的信噪比会下降；sensor的FWC降低了了，暗噪声会减少，即高增益下的信噪比会提升，低增益的信噪比会下降。