ADAS-CIS相机关键参数综述

mizhongquan

“ CIS传感器关键参数是工程师选型参考的依据，抛开镜头，本文介绍CIS可见光传感器关键参数之CRA、QE、CFA、Shutter、SNR等。”



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CRA

CFA(Chief Ray Angle)主光角，在上一篇可见光相机的介绍中我们介绍了Sensor的叠层结构，MicroLens、CFA、Pixel Arra。其中，MicroLens作为一种透镜，对射入的光线角度就有一定的要求，而这个能聚集光线最大的角度即sensor的CRA。另外镜头Lens也有CRA，其二者图像表述如下：



一般CRA需要在边缘着重考虑，因为在中间的pixel入射光线与MicroLens的夹角较小，选择合适的CRA是为了更好地搭配Sensor以及镜头。



一般而言，只要Sensor的CRA大于镜头的CRA，那么镜头折射的光线边缘都可以被MicroLens给折射到Pixel上。

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CFA

CFA，颜色过滤阵列，主要作用是采集外界的颜色信息，通过插值的方法来还原图像的RGB信息，常见的CFA有RGGB、RCCB、RCCG（其中C是Clear）：



除了上述外，还有如MobileEye独特使用的RyyCy，舱内监控更多使用的RGB-IR等CFA：



具体选择何种CFA还要看算法的需求、后端SoC ISP处理能力等多种因素考虑，但目前使用最为广泛的CFA还是RGGB。

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QE

QE(Quantum Efficiency)，或称光谱响应，或光电转化效率IPCE 等，广义来说，就是太阳能电池的光电特性在不同波长光照条件下的数值，所谓光电特性包括：光生电流、光导等。量子效率QE和光电转化效率IPCE均是指太阳能电池产生的电子-空穴对数目与入射到太阳能电池表面的光子数目之比。其公式如下所示：

QE=up/ue

其中，up为光子数量，ue为电子数量。

可以看出，QE越大，代表当前pixel可以转化光子的能力越强，典型CFA为RGGB的Sensor的QE曲线如下所示：



一般来说，G的量子效率最高，其次是B、R。一般而言，为了提高夜视效果，在近红外850nm波段，也可以透过CFA。因此，可以看到在850nm时，RGB的CFA还有一定的响应。

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SHUTTER WAY

Shutter曝光方式，目前市面上CIS可以分为两种：

Global Shutter，全局统一时刻曝光

Rolling Shutter，逐行曝光

二者直观的曝光方式如下所示：



更加直观的动态演示如下：



Global Shutter所有行是同一时刻曝光，因此没有运动畸变畸变问题，但是由于需要每个像素都进行缓存输出，因此其成本高，同时帧率受限制。

Rolling Shutter由于是逐行曝光，因此每行开始的曝光时间是不同的，因此如果拍摄物体在对着镜头横向运动时，会有明显的运动畸变。如下所示：



但rolling shutter好处在于，它只需要缓存一行的像素，因此缓存要求低，且帧率很容易做高。

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SNR

SNR(Signal Noise Ratio)信噪比，表明信号与噪声的比例，越大说明信号质量越好，其计算公式如下：

SNR=Uy_mean/ Uy_std

其中，Uy_mean为平均灰度，Uy_std是灰度标准差。

当SNR=1时，此时噪声和信号相当，此时Uy_mean或者对应的光子数称之为绝对灵敏度，后续我们会出专题来讲解相机的数学模型，会对这里做详细展开。

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结束语

今天讲解了CIS中比较关键的一部分参数，下期讲解其他的关键参数专题之HDR，希望对各位看官有所帮助！