图像传感器的光电参数及选择标准
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2019-01-26
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图像传感器的光电参数及选择标准
导语：图像传感器可将光信号转化为电信号，其光电参数直接决定了成像质量，是所有成像
设备中的核心关键器件。图像传感器分为 CCD 器件和 CMOS 器件。CMOS 图像传感器在帧频、
集成度、可靠性、功耗和成本等方面优势明显。随着 CMOS 技术的不断进步，CMOS 图像传
感器的成像性能已接近或超越 CCD 器件，在高端工业、医疗、和科研应用中逐步取代 CCD，
成为主流图像传感技术。
无论是 CMOS 或 CCD 图像传感器，其光电参数都可依据业界成熟的 EMVA1288 标准进
行评价。本文将详细阐述图像传感器光电参数的含义，以便为国内成像设备商提供器件选型
的标准。
一、 图像传感器的主要光电参数
CMOS 和 CCD 图像传感器的性能指标可分为光学指标和电学指标，而其成像质量主要
取决于以下光学指标：
分辨率及像元尺寸（Resolution and Pixel size）
快门类型（Shutter Type）
量子效率（Quantum Efficiency, QE）
灵敏度（Sensitivity）
暗噪声（Dark Noise）
满阱容量（Full Well Capacity, FWC）
动态范围（Dynamic Range, DR）
暗电流（Dark Current, DC）
除上述光学指标外，图像传感器的电学指标，如帧频、功耗、输出格式及数据率也是设
计成像系统时需要考虑的重要指标。
1) 分辨率及像元尺寸
图像传感器的感光区是由多个像元排列的一维或二维矩阵，其中像元（或像素）为单个
感光单元。图像传感器的分辨率通常由该矩阵的横纵方向的像元数表示，如 1920 x 1080，
或由其乘积表示，如 2 百万分辨率(2MP)。
像元尺寸为每个像元的物理尺寸，即相邻像元中心的间距。像元尺寸越大，能收集到的
光子数越多，芯片灵敏度越高，意味着在同样的光照条件下和曝光时间内，芯片能收集到的
有效信号越多。在光强可控的工业应用中，像元尺寸一般在 4.5-6.5 微米之间；而在微光应
用中，像元尺寸多在 10 微米到 24 微米之间，以保证足够的灵敏度，提升图像信噪比；在 X
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