CN106603943B - 一种图像传感器性能的替换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种图像传感器性能的检测方法，包括：获取图像传感器的量子效率、实际像素达到饱和输出时等效至单位面积的图像质量分辨率、饱和输出电压和达到饱和输出时所需的曝光时间；建立本征感光效率与量子效率、实际像素达到饱和输出时等效至单位面积的图像质量分辨率、饱和输出电压、以及达到饱和输出时所需的曝光时间的本征感光效率关系式，其中，本征感光效率与量子效率呈正比，与实际像素达到饱和输出时等效至单位面积的图像质量分辨率呈正比，与饱和输出电压呈正比，与达到饱和输出时所需的曝光时间呈反比；根据本征感光效率关系式，评价图像传感器的性能。本发明利用本征感光效率把CMOS图像传感器的各种参数统一起来。

Description

一种图像传感器性能的替换方法
技术领域
本发明涉及图像传感器技术领域，具体涉及一种图像传感器性能的替换方法。
背景技术
图像传感器芯片是电子设备获取信息的“眼睛”，已成为电子终端产品不可或缺的标准配置。据市场调研公司的“CMOS图像传感器产业状况”报告显示，2020年CMOS图像传感器(CIS)市场的营业收入将增长到160亿美元，复合年均增长率超过11％，CMOS图像传感器已然成为图像传感器乃至集成电路领域备受注目的产品。随着CMOS图像传感器技术的发展，未来CIS市场将在消费类电子、可穿戴设备、监控安防、人工智能等领域得到进一步的应用和持续的增长。
CMOS图像传感器种类繁多，从像素分辨率来分，有30万、100万、500万、1200万等，从芯片尺寸来分，有1/6英寸、1/4英寸、1/2英寸、APS-C等。此外，还有很多参数衡量图像传感器的像素质量或者图像质量，如表一所示：
表一
但是，由于参数繁多且专业性强，一般人很难通过参数分辨一款CMOS图像传感器的质量。而且目前也很少有一个指标可以把林林总总各种参数统一起来。
发明内容
为了克服以上问题，本发明旨在提供一种图像传感器性能的替换方法，从而方便用户横向替换CMOS图像传感器的质量。
为了达到上述目的，本发明提供了一种图像传感器性能的检测方法，其包括：
步骤01：获取图像传感器的量子效率、实际像素达到饱和输出时等效至单位面积的图像质量分辨率、饱和输出电压和达到饱和输出时所需的曝光时间；
步骤02：建立本征感光效率与量子效率、实际像素达到饱和输出时等效至单位面积的图像质量分辨率、饱和输出电压、以及达到饱和输出时所需的曝光时间的本征感光效率关系式，其中，本征感光效率与量子效率呈正比，与实际像素达到饱和输出时等效至单位面积的图像质量分辨率呈正比，与饱和输出电压呈正比，与达到饱和输出时所需的曝光时间呈反比；
步骤03：根据所述本征感光效率关系式，评价所述图像传感器的性能。
优选地，本征感光效率关系式为：E＝h·QE·log10(n·Vmax/t)，其中，E表示本征感光效率，是用以调整公式的量纲，h是光子，QE是量子效率，n是实际像素达到饱和输出时等效至单位面积的图像质量分辨率，Vmax为饱和输出电压，t为达到饱和输出时所需的曝光时间。
优选地，所述n的获得采用如下过程：首先，利用待检测的CMOS图像传感器拍摄标准分辨率卡，分辨率卡上各种横线、竖线都被图像传感器拍摄到，然后采用预先设定的标准分辨率作为参考，对各种横线、竖线进行比较分析，得到每条横线或竖线对应的分辨率，从而得到整个图像的图像质量分辨率。
本发明的本征感光效率E可以把CMOS图像传感器的各种参数统一起来，方便用户替换一款CMOS图像传感器的质量。
附图说明
图1为本发明的一个较佳实施例的图像传感器性能的检测方法的流程示意图
图2为本发明的一个较佳实施例的本征感光效率的概念示意图
图3为本发明的一个较佳实施例的标准的分辨率测试卡示意图
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
由于像素面积不一样对应的感光效果也不一样，因此需要将不同尺寸的像元性能归一化到单位面积像元，一般来说，对于同一种工艺制作水平，不同尺寸像元对应的单位面积像元的成像质量是一致的。例如5um*5um像素的感光能力一定优于2um*2um像素的感光能力，但是对于同一种工艺制作水平，5um*5um像素对应的单位面积像素感光能力，与2um*2um像素对应的单位面积像素感光能力，应该是一致的。
此外，像素的作用是将光信号转换为电信号，本质上来说，将一定数量的光子转换为一定数量的电子，其中的转换效率即为量子效率QE。转换成的电子将通过电压形式来体现，即如果电子越多，像素的输出电压越大，但是像素的输出电压有个最大值(即会饱和)，此时的电压即为饱和输出电压。对于单位光强来说，单位时间照射到单位面积像素上的光子数量是确定的，当曝光时间足够长以后，就会使得像素的输出电压达到饱和输出电压。
因此，本发明提供一种图像传感器性能的检测方法，将各类指标进行统一，并且引入感光效率的概念——感光效率，请参阅图2，从而能够高效客观检测一个单位面积像素处理光强信号的能力。
以下结合附图1～3和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
请参阅图1，本实施例中的一种图像传感器性能的检测方法，包括：
步骤01：获取图像传感器的量子效率、实际像素达到饱和输出时等效至单位面积的图像质量分辨率、饱和输出电压和达到饱和输出时所需的曝光时间；
具体的，关于图像传感器的量子效率、实际像素达到饱和输出时等效至单位面积的图像质量分辨率、饱和输出电压和达到饱和输出时所需的曝光时间的获取可以采用常规工艺，这是本领域技术人员可以知晓的，这里不再赘述。
步骤02：建立本征感光效率与量子效率、实际像素达到饱和输出时等效至单位面积的图像质量分辨率、饱和输出电压、以及达到饱和输出时所需的曝光时间的本征感光效率关系式，其中，本征感光效率与量子效率呈正比，与实际像素达到饱和输出时等效至单位面积的图像质量分辨率呈正比，与饱和输出电压呈正比，与达到饱和输出时所需的曝光时间呈反比；
步骤03：根据本征感光效率关系式，评价所述图像传感器的性能。
具体的，这里，采用的本征感光效率的公式为：
E＝h·QE·log10(n·Vmax/t)，
其中，E表示本征感光效率，用以调整公式的量纲，h是光子，QE是量子效率，n是实际像素达到饱和输出时等效至单位面积的分辨率，Vmax为饱和输出电压，t为达到饱和输出时所需的曝光时间。这里，Vmax为V，t为秒，QE没有量纲，n没有量纲，每一款CMOS图像传感器的Vmax，t，n的差别都很大，用对数log10进行统一。
这里要说明的是，这里的n所代表的分辨率不是像素分辨率，而是图像质量分辨率，是一种实验测试值。一般来说，测试时，将待评估的CMOS图像传感器拍摄标准分辨率卡(如图3所示)，分辨率卡上各种横线、竖线都被图像传感器拍摄到，如果图像传感器的图像质量分辨率高，那么分辨率卡上的横线、竖线区分得越是细，如果图像传感器的图像质量分辨率低，那么分辨率卡上的横线、竖线区分得越是差，从而得到相应的分辨率，然后采用预先设定的标准分辨率作为参考，对各种横线、竖线进行比较分析，得到每条横线或竖线对应的分辨率，从而得到整个图像的图像质量分辨率，例如采用标准的流程和软件对该分辨率进行打分，从而得到图像质量分辨率。
值得注意的是，与E正相关的参数有：QE(量子效率)、n(实际尺寸Pixel达到饱和时等效至单位面积的分辨率)、Vmax(饱和输出电压)；与E负相关的参数有：t(达到饱和输出所需的曝光时间)。
这是可以理解的，因为当QE越大时，光子转换为电子的能力越强，有更多的电子激发电压，成像能力(成像效率)也更好；当n越大时，分辨率越高，成像能力(成像效率)也更好；当Vmax(饱和输出电压)越大时，最高电压与最低电压的范围越大，即动态范围越大，成像能力(成像效率)也更好；当达到饱和输出所需的曝光时间越少时，意味着图像的灵敏度越高，成像能力(成像效率)也更好。
综上所述，本发明的本征感光效率E可以把CMOS图像传感器的各种参数统一起来，方便用户替换一款CMOS图像传感器的质量。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书为准。

Claims (2)

1.一种图像传感器性能的检测方法，其特征在于，包括：
步骤01：获取图像传感器的量子效率、实际像素达到饱和输出时等效至单位面积的图像质量分辨率、饱和输出电压和达到饱和输出时所需的曝光时间；
步骤02：建立本征感光效率与量子效率、实际像素达到饱和输出时等效至单位面积的图像质量分辨率、饱和输出电压、以及达到饱和输出时所需的曝光时间的本征感光效率关系式，其中，本征感光效率关系式为：E＝h·QE·log10(n·Vmax/t)，其中，E表示本征感光效率，是用以调整公式的量纲，h是光子，QE是量子效率，n是实际像素达到饱和输出时等效至单位面积的图像质量分辨率，Vmax为饱和输出电压，t为达到饱和输出时所需的曝光时间；本征感光效率与量子效率呈正比，与实际像素达到饱和输出时等效至单位面积的图像质量分辨率呈正比，与饱和输出电压呈正比，与达到饱和输出时所需的曝光时间呈反比；
步骤03：根据所述本征感光效率关系式，评价所述图像传感器的性能。
2.根据权利要求1所述的图像传感器性能的检测方法，其特征在于，所述n的获得采用如下过程：首先，利用待检测的CMOS图像传感器拍摄标准分辨率卡，分辨率卡上各种横线、竖线都被图像传感器拍摄到，然后采用预先设定的标准分辨率作为参考，对各种横线、竖线进行比较分析，得到每条横线或竖线对应的分辨率，从而得到整个图像的图像质量分辨率。
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