How to interpret the Dynamic Range and Signal to Noise Ratio (SNR) in image sensor and industrial camera specifications
使用机器视觉应用,一些超出分辨率和框架速度的最重要规范可以确定相机是否满足测量要求,是满足良好的容量,信号与噪声比(SNR)和动态范围(DR)规格。 不过,从规范表中解释这些价值观可能具有挑战性。 用于图像传感器的完整容量和SNR定义并不总是与所得工业相机规范表中使用的井定义匹配。 特别是动态范围可能会令人困惑,因为有不同的方法来计算它。
例如,让我们考虑一下在Adimec S-25A70/CXP和S-25A30/CL摄像机中使用的Onsemi Vita25K,以挖掘这些规格。
可以包含在像素中的电子数量称为全井容量。 传感器供应商指定了最大完整良好的数字,即22 kel。 在整个井的较低范围内,电子的数量随着图像传感器上的光的光量增加了线性。 在整个井的上部范围内,传感器行为不再是线性的。 由于摄像机主要用于自动测量和检查系统,因此我们根据这些应用程序的要求优化了相机。 线性部分是这些情况下唯一有用的部分。 Adimec测量所有传感器的特性,并且从这些测量值中,我们可以分辨出哪个是完整井的线性部分。 直到13 kel。
(例如,对于户外等其他应用程序,线性性的重要性较小,其他相机和其他设计决策也可以。)
规范表中的SNR是通过取最大信号(完整井)除以最大信号的射击噪声或SQRT(完整井)来确定的。 但是,如果您使用传感器制造商定义的完整井,则包括非线性操作制度。 因此,我们自己衡量大多数规格以确定可用的工作制度。
动态范围定义为图像传感器可以(线性)与摄像机系统的读数噪声(在黑暗中)处理的最大信号之比。 从直观的角度来看,动态范围定义了给定图像中最明亮,最黑的数据,该数据可以可靠地由相机电子设备可靠地复制。 \ [来源:量子成像]
两种情况下的DR和SNR计算(前22个KEL和后来的13 kel)
传感器制造商提供以下规格:
黑暗噪声(全局快门模式) | 34e |
Full井 | 22000E |
DR - 20 log10(完整的井/暗噪声) | 56.2 dB |
snr - 20 log10(sqrt(完整井)) | 43.4 dB |
如果您要使用传感器制造商定义的完整井,那么您已经处于非线性操作制度。
通过我们的测量值,可以确定最多13000E传感器仍在工作线性。 创建与上述相同的表:
黑暗噪声(全局快门模式) | 34e |
完整井(线性制度) | 13000E |
DR - 20 log10(完整的井/黑噪声) | 51.6 dB |
snr - 20 log10(sqrt(完整井)) | 41.1 dB |
为了使其更加令人困惑,相机制造商将模拟器设置为数字转换器(ADC),以便与线性态度的良好尺寸相比,它们将转换最大良好大小,该良好尺寸稍大一些。 通过这样做,可以确保可以使用完整的线性制度而无需剪切问题。
实际上,在我们的制造过程中,我们测试了所有相机,并测量动态范围和ADC可访问良好。 从平均在S-25摄像机上进行45次制造测试的结果,我们可以提供下表中列出的规格:
黑暗噪声(全局快门模式) | 34e |
完整井 | 16119E |
DR - 20 log10(完整的井/暗噪声) | 53.7 dB |
SNR - 20 log10(sqrt(完整井)) | 42.0 dB |
结论
如何报告DR和SNR在很大程度上取决于您如何定义完整的良好。 您如何再次定义完整的良好取决于您的应用程序允许与线性的偏差多少。 最后一个表格给出了相机可以达到的最高动态范围和信号到噪声。 但是,在某些应用程序中,您可能已经受到第二个表中给出的动态范围的限制。
下次您阅读DR,SNR或全井容量时,您应该始终检查是否提供了定义。 如果不是这种情况,请询问制造商的定义。
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