车用sensor的SNR是一条非单调的曲线,汽车应用环境会让问题变得更复杂。sensor是一个模拟器件,在ADC之前,信号和噪声数据是以电荷的形式存储的,sensor的暗电流也会累积电荷,其产生速度大致上与曝光时长成正比,与温度呈指数关系。所以我们还必须考虑温度,曝光时长以及模拟增益对暗态噪声的影响。SNR同时是温度,曝光时间和模拟增益的函数,它的曲线已经变成多维的曲线簇了。
以温度影响为例,图5是SNR=10时需要的Exposure值随sensor内部温度升高的变化趋势,我们可以看到,不同sensor对温漂的敏感度是不一样的,这两个sensor的SNR曝光值在60°C时发生交叉,意味着在室温25℃和高温80℃分别评估时,得出的SNR结论截然相反。
图5 晶圆内部温度影响
按照车用摄像头有效使用生命周期的温度分布,超过88%的生命周期内,sensor内部的节温超过40℃,超过80%时间内节温超过60℃,超过65%时间内节温超过80℃。
温漂影响会导致SNR曲线发生进一步变化。如图6红色虚线示意,当温度升高后,SNR曲线在低照区域和高亮局部区域会继续下跌。图片
图6 温度对HDR SNR影响
目前业内对车用图像传感器SNR的评估,常采用欧洲机器视觉协会的EMVA1288标准来测试。EMVA1288标准中的信噪比SNR,是基于传统单调的线性sensor模型来定义的,对于车用宽动态图像传感器 SNR特性的描述并不完善。电气与电子工程师协会IEEE正在为汽车影像定义新的质量测试标准P2020,作为工作组成员之一,安森美公司承担了IEEE P2020标准中图像噪声标准的起草工作,其中就包括了SNR参数。
最后总结一下,车用CMOS图像传感器的信噪比SNR是一个关键的图像质量指标,它具有非单调特性,受到汽车应用环境的多因素影响,对SNR的评估是一个多维的综合评判工作,客观全面的SNR评价才能真实描述sensor的性能,正确指导车用成像产品的开发工作。