sensor binning 亮度及信噪比

Signal是简单的增加，Noise是以均方根形式增加

例如： 2*2的binning模式中，signal增加4倍，noise增加$\sqrt{4}$<script type="math/tex;mode=inline" id="MathJax-Element-9">\sqrt4</script>\sqrt4 倍，so SNR增加2倍。

sony sensor 每个pixel是10bit的，4个10bit的 binning后输出一个12bit数据

signal data $S$<script type="math/tex;mode=inline" id="MathJax-Element-5">S</script>S is：

$S=S_{10}+S_{10}+S_{10}+S_{10}=S_{12}$<script type="math/tex;mode=inline" id="MathJax-Element-6"> S = S_{10} + S_{10} + S_{10} + S_{10} = S_{12} </script> S = S_{10} + S_{10} + S_{10} + S_{10} = S_{12}

其中， $S_{10}$<script type="math/tex;mode=inline" id="MathJax-Element-8">S_{10}</script>S_{10} 为10bit signal data

$N=\sqrt{N_{10}^2+N_{10}^2+N_{10}^2+N_{10}^2}$<script type="math/tex;mode=inline" id="MathJax-Element-1">N = \sqrt {N_{10}^2 + N_{10}^2 + N_{10}^2 + N_{10}^2} </script>N = \sqrt {N_{10}^2 + N_{10}^2 + N_{10}^2 + N_{10}^2}

其中， $N_{10}$<script type="math/tex;mode=inline" id="MathJax-Element-4">N_{10}</script>N_{10} 为10bit noise data

Binning

Binning是将相邻pixel（相同颜色）感应的电荷加在一起，以一个pixel的模式读出。在环境光照低的情况下，提高摄像头表现力

处理位置：电荷域（charge）、模拟（电压）域（valtage）、数模转换后的数字域（digital）。

1、电荷域的N个pixel做binning，signal放大N倍，readout noise 减少，所以 SNR差不多增加N倍。

2、模拟（电压）域（valtage）和数字域环节在读出pixel值之后，会有readout noise，N个pixel做binning，signal放大 $N$<script type="math/tex;mode=inline" id="MathJax-Element-2">N</script>N 倍，因为readout noise 增加导致noise放大 $\sqrt{N}$<script type="math/tex;mode=inline" id="MathJax-Element-7">\sqrt N</script>\sqrt N ，所以 SNR差不多是之前 $\sqrt{N}$<script type="math/tex;mode=inline" id="MathJax-Element-3">\sqrt N</script>\sqrt N 倍。

上图行列均做x2，相当分辨率下降为之前的1/4

方案1：sensor靶面大小不变，pixel数目不变，pixel合并降低分辨率

低照环境下，通过binning技术降低sensor输出分辨率提高亮度和信噪比

比如800w pixels 的sensor，良好光照环境下，输出800w 10bit数据，低照环境下做2x2的binning，输出200w 的12bit数据较之前会有信噪比的提升，若输出10bit数据，亮度也会有提升

方案2：扩大sensor靶面，pixel数目不变，pixel大小增大

目标输出400w pixels，靶面增加，pixel大小增加即感光面积增加

比如pixel大小 $x$<script type="math/tex;mode=inline" id="MathJax-Element-11">x</script>x 平方微米，增加为 $2x$<script type="math/tex;mode=inline" id="MathJax-Element-10">2x</script>2x 平方微米，即pixel感光面积为 $4x^2$<script type="math/tex;mode=inline" id="MathJax-Element-12">4x^2</script>4x^2 ，较之前的 $x^2$<script type="math/tex;mode=inline" id="MathJax-Element-14">x^2</script>x^2 提升4倍，SNR由 $\frac{S}{\sqrt{S}+D}$<script type="math/tex;mode=inline" id="MathJax-Element-13">\frac {S}{\sqrt{S} + D}</script>\frac {S}{\sqrt{S} + D} 提升为 $\frac{S}{\sqrt{4S}+D}$<script type="math/tex;mode=inline" id="MathJax-Element-15">\frac {S}{\sqrt{4S} + D}</script>\frac {S}{\sqrt{4S} + D} ，整体SNR约提升2倍

我的个人博客主页，欢迎访问

我的CSDN主页，欢迎访问

我的GitHub主页，欢迎访问