1288是什么意思8在线翻译读音例句

1

1介绍和范围

2灵敏度、线性度和噪声

2・1线性信号模型

22噪声模型

2・3信噪比(SNR)

2.4信号饱和度和绝对灵敏度闻值

3.1均值和方差

32温度依赖

4空间不均匀性和缺陷像素

4.1空间差异DSNUPRNU

4.2类型的不均匀性

4.3缺陷像素

4・3・1对数直方图

4.3.2累积直方图

44高通滤波

5概述测量的建立和方法

6灵敏度、线性度和噪音

6.1均质光源的几何形状

62光源的光谱特性

6.3辐照变异

6・4校准辐照

65对线性度和灵敏度的测量条件

6・6根据光子传递法对测量结果逬行评价

6・7线性评价

7暗电流

7.1在一个温度下对暗电流的评价

72对温度的暗电流的评价

2

8空间不均匀性和缺陷像素

3

8.1空间标准偏差，DSNU,PRNU和totalSNR

&2水平和垂直光谱图

8.3缺陷像素特征

9光谱灵敏度

91光谱光源设置

92测量条件

9.3

9・4刚古

10岀版结果

10.1基本信息

10.2EMVA1288参数

A参考书目

B斑去

C版本A2.01更改

C.1増加的功能

C・2将方法扩展到不同的照射

C.3条件和程序的修改

C・4极限时间标准偏差;量化噪声介绍

C.5具有不均匀度测量的高通滤波

D版本3.0的变化

10.3EMVA1288

4

2灵敏度.线性度和噪声

本节描述了如何描述灵敏度、线性度和时间噪声图像传感器或摄像机［3,468］。

2J线性信号模型

如图1所示，数字图像传感器实际上是将曝光时间内的光子通过一系列步骤转换

成数字。在曝光时间内，平均pp光子冲击单个像素。

厂恥)=牛(1)

整个量子效率的一小部分吸收并积累F电荷单位。这里定义的总量子效率是指单

个传感器elementpixel所占用的总面积，而不仅仅是光敏感区域。因此，这个定义包

括填充因子和微透镜的影响。在公式(1)中表示，量子效率取决于光子辐照像素的波

长。

在塞露时间texp内，与区域a相对应的光子的平均数目，可以通过以W/m2为

单位的传感器表面的辐照度来计算

A.E^expj4JE?ieX

p、

\"血=hc/X，⑵

使用著名的电磁辐射的能量量子化单位hv

e

光速c=2.99792458*108m/

S/

昔朗克常

数h=6.626075510-34Js

z

光子辐照度是由

或更方便的单元图像传感器

这些方程用于以W/cm2为单位的辐射计的辐照度转换成需要用来表征成像传感器的

光子通量。

[photons]=5.034-1()21••A[m]-&[罚，

/Zpfphotoiis]=50.34•j4[/im2]-Z

exp

[ms]•A[/um]•E

(4)

5

在相机电子设备中，由照片辐照度累积的电荷单位被转换成一个电压，放大，由

模拟数字转换器(ADC)最终转换成一个数字信号*整个过程被假定为线性的，可以用一

个单一的数量来描述，整个系统的増益K单位是DN/e-

r

换言即数字/电子。这意味

着数字信号閔为

“V=K(“c+“d)orPy=+Kg(5)

Pd是无光存在的平均数目电子，这意味着黑暗信号p

y

.dark=Kp

d

(单位DN,条件：零

辐射)。注意暗信号通常取决于其他参数，特别是曝光时间和坏境温度(策3节)。方程

式⑴,(2),(5)。平均灰度值內和光子辐射之间，在曝光时间内到像素的线性关系：

件在像素W测量反应性Kq斜率的关系。一旦由公式(9)确定了整个系统増益K,也可

以估计响应度Kt］的量子效率。

2.2噪声模型

电荷单位数(电子)在统计学上波动。根据量子力学的规律，概率是泊松分布的。

因此，波动的方差等于平均累积电子数：

这种噪声通常被称为射击噪声，是由物理的基本定律所产生的，它同样存在于所

有类型的照相机。

所有其他噪声源都取决于传感器和相机内电子部件的具体构造。由于线性信号模

型(2.1节)，所有噪声源都叠加起来关关雎鸠在河之洲全文 。为了将整个照相机电子结构视为一个黑盒，我

们只需要考虑两个额外的噪声源就足够了。与传感器读出和放大器电路相关的所有噪

声源可以由具有方差Q2d蚀虫立于信号的正态分布噪声源来描述。最后的模拟数字

转换(图1b)增加了另一个噪声源之间均匀分布的量化间隔和方差52二1/12DN2

O

因为所有噪声来源的方差是线性的，望月有感白居易主旨 数字信号y的总时间方差巧2,根据误差传播定

律给出：

町=川(昭+*)+町⑻

Ay=M^.dark+K“卩卩=+K1]

XA

(6)

这个方程可以用来验证传感器通过测量的线性平均灰度值与平均光子数事

6

利用方程式⑺和(5),噪声与测量的平均数字信号有关:

(“\"-“砂.dark).(9)

这个方程式是传感器特性的核心。噪声的方差內2与表示光感生的灰度值内-

之间存在线性关系。可以确定整个系统増益K的斜率与暗噪声方差亦抵消。这种方法

称为光子传递方法［6,7］。

2・3信噪比(SNR)

信号的质量由信噪比(SNR)来表示，信噪比被定义为

根据公式(6)(8),信噪比表达式可以表示为

SNR(如=\'厂卩=•(11)

J昭+砖/八+护卩

除了由量化噪声引起的小效应外，整个系统増益K抵消，使信噪比只取决于量子效

率r|(入)和暗信号噪声6(单位e)。有两种极限情况:高光子带和低光子射程:

(12)

这意味着SNR曲线的斜率由低辐照线性增加到

高辐照下的平方根缓慢增加。

頁正的传感器可以被比作一个理想的传感器，它的量子效率r|=：L,没有暗噪声

(8=0)且量化噪声可以忽略不计(Qq/K二0)。给出f理想的传感器信噪比：

SNR\'dcai=V(13)

在信噪比图中使用这条曲线，可以立即看到一个真实的传感器是如何接近理想的传感

器的。

(10)

Py—

7

2.4信号饱和度和绝对灵敏度阈值

对于数码相机，它的数字灰度值在一定范围（0~2-I）间。然而，实际可用的灰

度值范围会更小。深灰色的平均值內.dark必须高于零，这样就没有明显的由时间噪声

产生的底流和暗信号的不均匀性（确切的定义见第6.5节）。同样的,由于时间噪声噪

音和照片响应不均匀性,最大可用灰度值低于2k-lo

因此，饱和辐照PP被定义为测量的最大灰度值与方差之间的关系（单位光子照射

/像素）。这个定义是根据公式（9）,随着灰度值的増加，方差在増加，当数字值被限

制到最大数字灰度值2k-l时，灰度值再次减小。

从饱^辐照饱和容量应.sat可以计算:

=^/•

饱?口容量不能与满阱电荷相混淆。它通常彳氐于满阱电荷，因为在物理达到饱^的像

素，信号被剪切到最大数字值27。

最小可检测辐照度或绝对灵敏度阈值⑷可以通过使用SNR来定义。所需的平均光

子数是SNR等于1

为此，需要知道公式（11）的逆函数。即达到给定SNR所需的光子数量。反转

方程（11）得到：

在最大限制和最小限制的SNR的中，该方程近似于

rSNR2

舛（SNR）=<

罟（阿荷而+乎），SNR?《分+或/代

这意味着对于几乎所有的相机，也就是如，当（亦+宥）/K2>>l时，绝对灵

敏度阈值可以很好地近似为：

“。(SNR=1)=匕J(/龙+碍〃*+0=1(警打).(17)

(14)

(15)

(16>

8

信号饱和与绝对灵敏度阈值的比值定义为动态范围（DR）:

DR=

(18)

9

3暗电流

3J均值和方差

上一节中介绍的暗信号pd见公式(5),是不确定的。暗信号的主要原因是热诱导电

子。因此,暗信号应随曝光时间线性增加

pa=f^d.O+\"therm=卩d.O+p-i^exp-(19)

在这个方程式中，所有的量以电子(e-/pixel)为单位表示。这些值可通过由

整个系统的増益K分在单位DN的测量值来荻得(eq(9))

o

数量pi被称为暗电流，以e-/(pixels)为单位给出。根据误差传播的规律，暗

信号的方差然后给出计算公式：

a(d=ad.O+^\"tlwrni=(20)

因为热感应电子符合以公式(7)与Sher*二Shew的泊松分布，因为。如果相机或传

感器具有暗电流补偿，则暗电流只能使用公式(20)。

3.2温度依赖性

暗电流的温度依赖性以简化的形式建模。由于电荷单元的热产生，暗电流随着

常数Td具有K或。C单位，并导致暗电流的温度间隔加倍。温度丁血是执行所有其他

EMVA1288测量的参考温度，PLref为参考温度下的暗电流。因为它是唯一具有很强的

温度依赖性的相机参数，所以对暗电流温度依赖性的测量是在不同环境温度下进行的唯一

测量。

温度的升高大致呈指数增长［4,5,11］。

这可以表示为

(21)

10

4空间不均匀性和缺陷像素

迄今为止讨论的模型只考虑了一个像素。然而，像素数组的所有参数将随着像素的

变化而变化。有时这些不均匀性称为固定模式噪声或FPN

O

然而，这种表述是有误导性

的，因为不均匀性是无噪声的，这使得信号在时间上变化。不均匀性只能随机分布。所以

最好把这个效果称为非均匀性。

通常有两个基本的不均匀性。首先，暗信号对每个像素都不同。这种效应称为暗信

号不均匀性，缩写为DSNU。其次，灵敏度的变化被称为光响应不均匀性，简称为

PRNU

e

EMVA1288标准以三种不同的方式描述不均匀性。空间方差（4.1）是空间不均匀

性的简单整体度量。光谱图方法（4.2）提供了一种分析图案或周期性空间变化的方法，

这可能会影响图像处理操作或观察者。最后，缺陷像素的表征（4.3）是根据应用特定标

准指定不可用或缺陷像素的灵活方法。

4.1空间方差zDSNU和PRNU

对于所有类型的空间不均匀性，可以定义空间方差。这导致等效于时间噪声但具有

另一个含义的方程式。对传感器阵列的所有像素上计算平均值。MxN暗场（ydark）和

50%饱和度图像（yso）的平均值由下式给出

]AZ-12V-11iV-liV-1

“y-dark=打^力“皿订训同，Py.50=忖艸工直50沁]同,

（22

）

TH=0n=0m=0n=0

其中M和N分别是图像的行和列数，m和n分别是数组的行和列索引。同样,暗场和

50%饱^度图像的空间方差s2由下式给出：

,s^.dark=打CVdark[m][nl-“）\'J

m=0n=0g

]Af-lAT-1J

•啜50=协_]$252（販A川同-旳a）.（24）

m=0n=0

所有空间方差用符号s2表示，以便于它们与时间方差，区分开。

EMVA1288标准的DSNU和PRNU值基于空间标准偏差：

11

DSNU1288=Spdark/K(unitsQ-),

(25)

IPRNU

1288

L=)丄竺_—(units%).

“y・50—

索引1288已被添加到这些定义中，因为在文献中可以找到这些量的许多不同定义。

DSNU1288以单位a表示，在乘以总体系统增益K后，也可以以单位DN给出。

PRNU1288被定义为相对于平均值的标准偏差。以这种方式，PRNU1288给出了光响

应不均匀性的空间标准偏差，以％为单位。

4.2不均匀类型

前面各节中定义的差异仅给出了空间不均匀性的全面测量。然而，通常不能假定空间变化

是正态分布的。这只有在空间变化完全随机的情况下才是这样。即，不存在变化的空间相

关性。然而，为了充分描述空间不均匀性，必须考虑几个效果：

逐渐变化：制造缺陷可能导致整个芯片的逐渐低频变化。这种效果不容易测量,因为它需

要非常均匀的照射芯片,这是难以实现的。幸运的是，这种效果并没有显看降低图像质

量。观察者根本无法检测到由透镜(阴影，渐星)和不均匀照明引入了额外的逐渐变化。因

此，对于需要整个传感器阵列平坦响应的应用,必须使用完整的图像系统来逐步改变。

定期变化：这种类型的失真是由电子相机中的电子干扰引起的，并且非常令人讨厌，因为

人眼能非常敏感地检测到这种失真。同样，许多图像处理操作受到干扰。因此，检测这种

类型的空间变化是重要的。这通过计算频谱图来完成最为容易，即空间变化的功率谱。在

频谱图中，周期性变化显示为单位周期/像素中特定空间频率的尖峰。

离群值:表示单个像素或像素集与平均值的显着偏差。这种不均匀性在第4.3节中有详细的

讨论。

随机变化：如果空间不均匀性是纯粹随机的，即没有显示空间相关性；功率谱平坦，即变

化在所有波长上均匀分布。这样的光谱称为白色光谱。从这个描述可以看出，对于谱图的

计算，功率谱是一个很好的工具。

12

4.3缺陷像素

随着应用程序需求的不同，不可能找到一个共同点来精确定义像素有缺陷的时间。因此，

以直方图的形式提供关于像素属性的统计信息更合适。以这种方式,使用者可以使用应用

程序特定的标准来指定多少像素不可用或存在缺陷。

4.3.1对数直方图。

绘制直方图与对数y轴是有用的两个原因（图2a）首先，将测量的直方图与正态

分布进行t戚很容易，冥在对数图中显示为负形抛物线。因此，容易看出与正态分布的偏

差。其次，也是罕见的异常值，即例如，可以容易地看到数百万像素中的几个像素。

所有直万图必须从多个图像上的平均值的像素值中计算出来。以这种万式,直方图仅

反映空间噪声的统计，并且将时间噪声平均化。单个图像的统计数据是不同的。它包含总

噪声，即空间和时间噪声。然而，看到平均图像直方图的异常值需要多久才会在时间噪声

中消失是有用的（图2b）。

—般来说，偏离模型影响最终应用程序的程度很难预测。其中一些图像将被直接观

察，而其他图像则被各种算法使用。虽然人类通常能够很好地处理一些像素显示异常的图

片，但一些算法可能会受到影响。一些应用程序将需要无缺陷的图像，有些应用程序将容

忍一些异常值，而其他应用程序仍然存在大量像素略有偏差的问题。所有这些信息可以从

对数直方图中读出。

4.3.2累积直方图

第二种类型的直方图，积累的直方图是有另外作用的（图3）。计算出的像素的偏差

大于一定量。这可以很容易地与应用程序的要求相关。相机或芯片制造商的质量标准可以

很容易地绘制在该图中。通常，检测标准是只有一定量的像素偏离超过某个阈值。这可以

通过图中的矩形区域来反映。在这里，它被称为阻挡带,类似于高频技术的图纸,应该是电

子工程师非常熟悉的。

4.4高通滤波

本节讨论了光响应分布可能由照明源的逐渐变化主导的问题，特别是辐射度朝向传

感器边缘的典型脱落。然而，由于两个原因，图像传感器的低频空间变化不太重要。首

先，镜头会朝向图像的边缘（透镜阴影）引入脱落。除了特殊的低遮蔽镜片，这种效果对

低频空间变化作出了重大贡献。其次，几乎所有的图像处理操作对逐渐的照射变化都不敏

13

感。另见策4.2节讨论项目逐渐变化。

为了显示相机的属性而不是不完美的照明系统的属性,在计算策4.3.1节4.3.2节讨

论的缺陷像素特性的直方图之前，应用高通滤波。这样就抑制了低空间频率传感器特性的

影响。高通滤波使用盒式滤波器进行，详见附录C.5.

14

5概述测量设置和方法

根据EMVA1288标准的表征需要三种不同的测量设置：

L使用均匀单色光源测量灵敏度，线性和不均匀性的设置（第6和8节）。

2.暗电流的温度依赖性的测量需要一些手段来控制摄生长的拼音 像机的温度。在标准温度下测

量暗电流不需要特殊设置（第7节）。

3.在传感器敏感的整个波长范围内的量子效率的光谱测量设置（第9节）。

以下各节介绍测量设置，并详细说明测量过程。所有相机设置（除了声明的曝

光时间的变化之外）对于所有测量必须相同。对于不同的设置（例如増益）,必须获

取不同的测量集合，并且必须呈现包含可能影响相机特性的所有参数的不同参数组。

线扫描传感器被视为区域扫描传感器。获取至少100行到一个图像，然后进行与区

域扫描相机的所有评估,除了垂直谱图的计算（第8.2节）。

并非所有测量都是强制性的,如表1所示。如果报告了至少一台摄像机的所有强

制测量结果，则数据手册仅符合EMVA1288标准。如果报告了可选的测量,这些测

量必须完全符合相应的EMVA1288程序。

图5-12所示的所有示例性评估来自模拟数据，因此也用于验证方法和算法。模

拟了12位640x480摄像机，其量子效率「0.5,暗值为29.4DN,增益K=0.1,暗噪

声oo=30e-（o

y

.

dark

=3.0DN）,并具有轻微的非线性相机特性。DSNU具有白色空

间标准偏差s

w

=1.5DN和幅度为1.5DN的两个正弦图案，水平和垂直方向的频率

分别为0.04和0.2厘米/像素。PRNU的空白标准偏差为0.5%。此外,模拟了一种

略微不均匀的照明，边缘向边的二次脱落约3%。

15

6灵敏度,线性和噪声的方法

6・1均匀光源几何

对于灵敏度，线性和不均匀性的测量，需要具有光源的设置，均匀地照射图像传

感器，而无需安装镜头。因此，传感器由距离传感器平面距离d处的放置在照相机前

面的直径为D的漫射盘形光源照射（图4a）。每个像素必须以—定的角度从整个磁

盘接收光。这可以通过设置的f号来定义，这被定义为:根据标准进行的测量需要f数

为8。

最好的均匀光源是一个积分球。因此，不需要，但推荐使用这种光源。但是，即

使使用完美的积分球，传感器区域照射的均匀性取决于传感器的直径D\',如图4b所示

［9J0］。距离d=8D（仁number8）,图像传感器的直径D，等于光源的直径，

减小仅为约0.5%（图4b）。因此，传感器面积的直径不应大于光源开口的直径。

由于以下一个或多个原因，即使具有积分球的实际照明设置也具有更差的不均匀性：

镜头座反射：透镜座的墙壁上的反射会导致显着的不均匀性，特别是如果镜头座的内

壁没有被适当设计，并且未被小心地涂黑，并且图像传感器的直径接近透镜座的自由

内径。

于其他类型的光源来说更为如此。因此，必须指定照明的空间不均匀性AE。应给出测

量图像传感器的面积上的最大和最小照射之间的差值除以平均照射百分

比：

建议AE不大于3%

o

该建议的理由是，线性度应在传感器全范围的5-95%范围内进行

测量（见第6.7节）

6.2光源的光谱性质

灰度级相机的测量使用全宽半最大值（FWHM）小于50nm的单色光进行。对于单色

相机，建议使用中心波长的光源，以达到被测相机的最大量子效率。对于彩色摄像机

各向异性光源：根据设计，一个真正的积分球将显示些残余的不均匀性。对

△日％］=“叫一品・1（）0.

卩E

(27)

16

的测量，光源必须以不同的波长范围进行操作，每个波长范围必须接近相应颜色通道

之一的最大响应。通常是蓝色，绿色和红色，但它可以是包括紫外线和红外线中的通

道的颜色通道的任意组合。

这样的光源可以实现，例如例如通过发光二极管（LED）或宽带光源哀怎么读 （例如白炽

灯）或具有适当带通滤光器的弧光灯。峰值波长入P,质心波长入c和全宽半最大值

（FWHM）必须指定光源。最好的方法是使用光谱仪直接测量这些数量。使用光源制

造商提供的规格也是有效的。对于具有带通滤波器的卤素光源,通过将相应的黑体曲线

与滤波器的透射曲线相乘来给出光源的光谱分布的良好估计。

根据式（2）,使用光源的质心波长计算光子数。

6.3照射变化

基本上，有三种改变传感器照射的可能性，即图像传感器接收的每个区域的辐射

能量：

L恒定照明，可变曝光时间。

利用这种方法，光源以恒定的辐射度工作，并且照射通过曝光时间的变化而改变。

照射H被给出为照相机的曝光时间texp的辐照度E倍。因为暗信号通常可能取决于

璟光时间，所以需要在使用的每个璟光时间测量暗图像。绝对校准取决于真实的曝

光时间等于相机中设置的曝光时间。

2.持续曝光时间可变连续照明。

利用这种方法，光源的辐射度可以通过任何技术上可能的方式而变化，这种方式是

可以充分重现的。使用LED可以通过改变电流来实现。照射H被给出为照相机的曝

光时间texp的辐照度E倍。因此，绝对校准取决于真实的璟光时间等于相机设置的

璟光时间。

3.曝光时间恒定的脉冲照明。

通过这种方法，传感器的照射可以通过LED的脉冲长度而改变。当接通时，将恒定

电流施加到LED。照射H被给出为LED辐照度E乘以脉冲长度仁传感器曝光时间

设置为一个恒定值，大于LED的最大脉冲长度。LED脉冲由相机的\"积分使能\"或\"

选通”信号触发.LED脉冲必须在积分时间开始时具有很短的延迟，并且必须确保脉

冲适应于曝光间隔所以触发抖动没有问题。脉冲照明技术不能用于卷帘快门模式。

或者，可以使用外部触发源来触发传感器曝光,并且LED同步闪烁。

17

根据策1节所述的基本假设1和2,所有三种方法都是等效的，因为所收集的光子

的量，因此数字灰度值仅取决于辐照度E和时间的乘积。所以，对于遵循2.1节所述

的线性信号模型的相机，所有三个测量值是相等的。根据可用设备和要测量的摄像机

的属性，可以选择三种照射变化技术之一。

6.4照射校准

必须通过使用放置在图像传感器位置的校准光电二极管来绝对校准辐照度。校准

机构给出的光电二极管的校准精度以及与测量设置相关的可能的附加错误必须与数据

一起指定。取决于光的波长，绝对校准的精度通常在3%和5%之间。参考光电二极管

应至少每二年重新校准一次。这也将是测量的量子效率的最小系统误差。

为了应用光子转移方法（第2.2节和第6.6节），并且以足够的精度测量传感器

的线性度（策2.1节和策6.7节），不同辐照度水平的校准精度必须远高于绝对精度。

因此，校正曲线与线性回归的标准偏差必须低于最大值0.1%。

65线性和灵敏度测量条件

温度:测量在室温或控制温度下升高到室温以上。必须指定温度控制的类型。通过

将温度传感器放置在镜头座上，通过良好的热接触来测量摄像机外壳的温度。如果使

用冷却的相机，请指定设定温度。在相机逬入热平衡之前，不要开始测量。

［字分辨率:将比特数设置为尽可能高，以便最小化量化对测量的影响。

18

増益：设置摄像机的增益尽可能小，由于任何像素的全部容量都不会使信号饱和

（这几乎不会发生）o如果以这种最小増益，暗噪声小于0.5DN,则暗噪声无

法可靠地测量（这种情况只发生在具有高质量传感器的8位相机的罕见情况下），只

能计算出时间暗噪声的上限。然后动态范围受到量化噪声的限制。

偏移：将相机的偏移设置为尽可能小，但足够大，以确保包含时间噪声和空间不

均匀性的暗信号不会引起任何明显的下溢。这可以通过将偏移量设置为数字值来实

现，使得小于约0.5%的像素下溢r即具有零值。通过计算直方图可以很容易地检查这

个限制，并确保不超过0.5%的像素位于零点。

辐照度值的分布：使用至少50个相等间隔的曝光时间或照射值，从暗灰度值和最

大数字灰度值得到数字灰度值。仅用于生产测量，可以采用少于9个适当选择的值。

时现象，图像A和B是从实时图像序列中获取的。还需要在每个曝光时间拍摄两张图

像，每个曝光时间用于正确确定深灰色值的平均值和方差，这可能取决于曝光时间

（策3节）。

6.6根据光子测量的评估

转移方法如第2节所述，光子传输方法的应用和量子效率的计算需要测量平均灰度

值和灰度的时间方差以及单位光子/像素中每像素的辐照度。平均值和方差计算方法如

下：

平均灰度值:从两个捕获的MxN图像yA和yB计算在有效区域的每个照射水平的所有

N个像素上的灰度值py的平均值

Af-lJV-1

宀=2NM工52（沪网网+泸［呵同）（28）

7n=（）n=O

对所有行i和列j进行平均。以相同的方式，计算暗图像的平均灰度值M

y

.darko灰度值

的时间方差：通常，时间方差的计算需要捕获许多图像。然而，在第1节提出的假设

中，噪声是静止的和均匀的，所以取得两个图像的平方差的平均值就足够了

昭2NM5252（昇刚创一沪血]同尸・（29）

m=0n=0

因为两个值的差的方差是两个值的方差之和，所以以这种方式计算的方差必须除以2,

如方程（29）所示。

测量次

:在每个辐照级别拍摄两幅图像。为了避免实时抓取开始时的瞬

19

根据光子转移方法估算衍生量如下：

饱和度：饱和灰度值（作为平均灰度值，其中方差6具有最大值（见图6中

的垂直虚线）。要找到该值,建议采用以下步骤：通过从右侧扫描光子转移曲线并

给出下一个两点较低的第一点给出饱^点。对于平滑光子转移曲线，这相当于取绝

对最大值。可以使用田可其他确定性算法。该算法必须记录在案,并且必须提供与

通过EMVA网站发布的参考数据集相同的结果。

响应R：根据式（6），斜率的关系：

Ry・=Rp

P

（零偏移）给出响应度R=Kq

o

对于该回归，所有数据点必须在最小值和70%饱和

度（0.7（））之间的范围内使用（图5）。

总体系统増益K:根据方程（9）,给出斜率的关系

2=K（）

（零偏移）给出绝对增益系数K.选择相同范围的数据点以用于估计响应度（见上文和

图6）。在所选范围内计算Q/?与的最小二乘线性回归，并指定增

益因子K。

量子效率I]:量子效率f|以响应度R二Kf|与整个系统増益K的比值给出：

\"=W・（30）

对于单色相机，因此仅对带宽不大于50nm的单个波长带获得量子效率。因为彩色摄

像机的所有测量都针对所有颜色通道进行，所有这些波段的量子效率都被获得并被报

告。对于使用滤色器图案的彩色照相机系统，应分别对重复图案中的任何像素位置进

行分析。例如，对于拜耳模式，总共有四个颜色通道，主要是两个独立的绿色通道，

蓝色通道和红色通道。

时间暗噪声：需要计算两个值。

L对于6.3节中可变璟光时间的测量方法1

发现暗噪声是Qyda以与璟光时间的线性对应关系的偏移。对于6.3节中的测量方

法2和3,在最小曝光时间进行额外的测量以估计\".dark。使用此值计算动态范

围。该值给出了给定位分辨率下相机的实际性能，因此包括量化噪声。

2.为了以e-为单位计算时间暗噪声（没有量化效应的传感器的数量）,减去量化噪

20

声并使用

g=J（时dark_硝）/K・（31）

如果2<0.24,则时间噪声由量化噪声支配，并且不可靠的估计是可能的

（C.4节）。那么Wdadc必须设置为0.49,单位为e的时间暗噪声的上限没有量

化的影响，由

0.40

z

、

od<—•（32）

绝对灵敏度囲值ppmin:使用定义方程（17）,计算绝对灵敏度阈值如聞。

饱和容量WSat:将饱^容量Ppsat计算为光子数，该光子对应于灰度值与光子的方差之

间的测量关系的最大值。单位为&的饱和容量山sat由公式（14）给出。

信噪比（SNR）:根据方程（10），测量的平均值和灰度值的方差用于计算SNR.使用

测量的量子效率r）和时间暗噪声6和量化噪声（图7），将这些值与方程（U）中的

线性模型的理论曲线一起绘制在双对数图中。还计算使用的饱和辐射的最大可实现

SNRmax<

SNRtnAx=^（33）

并以dB（20logioSNR）和比特（log

2

SNR）表示该值。

动态范圉（DR）:使用2.4节中的公式（18）来计算动态范围。应以dB

（20logioDR）和以bits（log

2

DR）为单位的比率给出。

6.7线性度的评估

根据6.5节，至少有9对平均数字灰度內［口和照射值H［i］可用。通过计算最小二

乘线性回归与饱和容量的5和95%之间的数据点来确定线性度。

y=ao+Qi/f

偏移ao和斜率ai（图8a）。使用该回归，可以通过计算与回归的相对偏差

幻丄HP】）（35）

-9（My^at\"）

其中（Jy.d誠和\"sat分别是暗和饱和灰度值（图8b）。因子0.9来自以下事实：仅考

虑在饱和容量Pysat的5%和95%之间的范围内的值。然后将线性误差定义为最大偏

(31)

21

差与最小偏差的差的平均值

jy=max（dj一

=2

因此定义了线性回归的正和负偏差的平均值。

7暗电流的检测方法

7.1在一个温度下对暗电流的评估

暗电流测量不需要照明源。从第3节的方程（19）和（20）可以看出，暗电流

可以从平均值的线性增加或暗灰度值ydark与曝光时间的方差进行测量。当然，优选

的方法是平均值的测量，因为可以比方差更准确地估计平均值。但是，如果相机具有

暗电流补偿,则必须使用方差来估计暗电流。

必须选择至少六个相等间隔的曝光时间。对于低暗电流，可能需要选择比灵敏

度，线性度和噪声测量长得多的曝光时间。

然后将暗电流作为暴露时间与暗值的平均值和/或方差之间的关系的斜率给出。测

量的暗值的直接回归给出单位DN/S的暗电流。使用测量的增益K（单位DN/e-）也

以单位e-/s表示暗电流。

如果相机的曝光时间不能设置得足够长以导致暗电流的有意义的值，则该值仍然

必须与回归的一位口吴差一起报告。以这种方式，至少可以给出暗电流的上限，条件

是pi+6>0.然后自动饱和时间的下限

—>上严.（37）

7.2温度对暗电流的评估

如上所述，对于不同的壳体温度，通过测量暗电流来确定暗电流的加倍温度。温

度必须在相机工作温度的整个范围内变化。将封盖的相机放在气候暴露

柜中，或以另一种合适的方式控制其温度，并将壳体温度驱动到下一次测量所需的

值。对于具有内部温度调节和图像传感器冷却的摄像机，不需要气候柜。

那么暗电流的温度依赖性只能在可设定的温度范围内测量。

温度变化后，直到摄像机值稳定。这最容易通过连续测量最大曝光时间的暗值来

完成。对于每个温度，通过采取一系列具有不同璟光时间的测量来确定暗电流，如策

7.1节所述。

(36)

22

为了确定加倍温度,必须将暗电流的对数绘制为温度T的函数。然后根据

式(21),获得线性关系

logioPi=bgio灯・询+lgio2--------〒■竺(38)

id

并且加倍温度Td作为logio(2/ai)作为最小二乘线性回归的倒数斜率ai给

出。

23

8空间不均匀性和缺陷像素的方法

空间不均匀性和缺陷像素表征的测量以与灵敏度，线性和噪声相同的设置进行,如策6

节所述。因此，基本测量条件也相同（策6.5节）。

所有描述不均匀性的量必须从许多图像上平均灰度值计算。这是因为时间噪声

（O/l%）的变化通常大于空间变化的方差（s产0.3-0.5%）。可以通过对L个图像

进行平均来抑制时间噪声。

典型的数字意味看至少需要L=16个图像y的序列s,以使得与o,/L相比，Sy变大。

选择这个低值，以便该方法也可以应用于快速在线检查。然而，最好将时间噪声抑制

到不再影响空间噪声的标准偏差的延伸。这需要L=100-400张图像的平均值：

1厶-1

八+匚卩］.

/=0F

8・1空间标准偏差，DSNUzPRNU和总SNR

当根据方程（23）和（24）求平均L图像时的测量方差S

y

.

me

asured2必须针

对时间噪声的残差方差进行校正。这可以简单地通过减去剩余时间方差来完成:

j/・meaftiireci\"—

时间噪声的方差必须直接从相同的图像堆叠s[1]计算，作为每个像素的方差平均

值，使用

L-I/L-i2m

=厂万刀(叩］［诃问--52S1ZH^1M)加皿^.

9

tack=丽刀刀

1=0Z=0)t=Oj=0

(41)

根据第4.1节中的等式（25）给出DSNU1288和PRNU1288值：

(40)

DSNU288=\"/人(unitse-)

(42)

PRNU1288=(units%)•

(』3)

24

DSNU1288和PRNU1288值可用于将空间非均匀性包含在SNR中，从而产生

总SNR

O

从公式（43）中的PRNU1288的定义可以将方差s,表示为

Sy2=2+（PRNU1288）2（My-|）2

通过公式（42）中的DSNU1288的定义，并使用灵敏度曲线方程（6）将平均

值代入光子的平均数，单位DN2的空间不均匀性的方差为

时=K2DSNUJ

288登乐游原李商隐

+PRNU?

288

7<2（那切尸.（4-

1）

由于空间不均匀性的方差项s

y

2=K2（单位e-）可以加到SNR中以产生总SNR:

这个总SNR的模型曲线必须加到图7的SNR图中。

8.2水平和垂直光谱图

水平光谱图的计算需要以下计算步骤:

[•从图像y中减去平均值。

冥中上标表示复共辄。根据方程（47）的功率谱被缩放，使得白噪声获得具有对应于

空间方差s

y

2的平均值的平坦频谱。

在频谱图中，功率谱的平方根p[v]/被显示为空间频率v/N（以每像素的周期为

单位）的函数，直到v=N/2（奈奎斯特频率）。仅绘制功率谱的第一部分就足够了，

因为功率谱具有均匀的对称性

p[N-v]=p[v],ve[l,N/2]

SNR(宀)=

柚+DSNU%88+只代4T屮p+PRNU1288

(J5)

(46)

讹]=打刀讪川同犷[m]g

ni=O

(47)

2•计算每行向量y[m]的傅里叶变换:

3•计算所有M行谱平均功率谱p[v]:

for0

(49)

25

在这些图中，白噪声的电平直接对应于空间白噪声的标准偏差。还画出一条线与

时间白噪声的标准偏差6（图9和10）。以这种方式，比较空间和时间噪声是容易

的。请注意，谱图中的峰值高度不等于相应周期模式的大小。可以通过将属于k的功

率谱中的空间频率相加来计算周期性模式的幅度a

（1辱1/2

\"=2（石力咖）•（48）

XVmin/

对于垂直光谱图（仅适用于区域相机）,执行相同的计算（图9b和图10b）。只有行

和列必须互换。

4•将等式（43）中的DSNU1288等式（42）和PRNU1288的一行添加到相应的

频谱图（图9和10）。

5•空间方差的白噪声部分Sywhite2然后由功率谱的中值给出。通过对向量p中的N

值进行排序，可以容易地计算中值z这是升序，以给出新的向量Psortedo中位数是位置

的值，Psorted[N/2]o

83缺陷像素表征

在评估PRNU图像yo=yso-ydark之前，此图像必须按照第4.4节和附录C.5中的详

细说明进行高通滤波。在DSNU图像y

d

ark中没有任何高通道滤波。对数直方图的计

算涉及每个平均和高通滤波不均匀图像y的以下计算步骤。建议通过以下程序获得最

佳平滑直方图：

I•卄算最小值和最大值ymin和ymaxo

2•将最小值和最大值之间的间隔部分配为相等宽度的Q=L（y

m

ax-ymin）+1

个仓，以获得1/L的最优仓宽。平均图像的数量以L表示。如果箱数超过Q>

256,则间隔宽度可以设置为I/L（I二2,3「）,使得箱的数量低于或等于在这种

情况下,箱数是：Q=L/I（ymax-ymin）+1

3•使用这些分区计算具有图像的所有值的直方图。要增加值y的仓q

(I—floor(扌(\"一“min)+1/2j.

作为与平均值的偏差的箱的中心的值被给岀为:

26

4•在半对数图中绘制直方图。使用与轴平移值相关的数值的x轴。y轴必须从低

于1开始，以便可以观察到单个偏移像素。

5•将与非白色方差Sn*对应的正态概率密度分布作为虛线添加到图中：

累积的对数直方图给出了与平均值绝对偏差的概率分布(概率密度函数的积分)。因

此，积累的对数直方图给出了相对于绝对偏差显示与平均值至少一定绝对偏差的像素

数。计算涉及以下步骤:

1•从平均和高通滤波的不均匀图像y中减去平均值，取绝对值:

y=y-p-

v

(52)

2•计算y\'的最大值ymax\';最小值为零。

3•一年好景君须记下一句是啥 将零和最大值之间的间隔部分分配成相等宽度的Q=LymaJ仓，以获得1/L的

最优仓宽。平均图像的数量为L.如果信箱的数量超过Q>256,则间隔宽度可以设

置为I/L(K=2,3…)，使得仓的数量低于或等于256。在这种情况下，仓数

是：Q=L/I(ymax-ymin)+lo

4•使用这些仓计算图像的所有值的直方图。要増加值y的仓q为

(53)

5•累积直方图。如果h[q‘]是直方图的Q值，则累积直方图H[q]的值为：

(54)

6•在半对数图中绘制累积的直方图。使用带有相对于平均值的仓的值的x轴。y轴

必须从低于1开始,以便可以观察到单个偏移像素。

为DSNU和PRNU计算和绘制对数直方图和累积对数直方图。如图11和12所

示，这总共给出了四个图形。

\"[切=\"min+

(50)

(51)

其中y[q]通过将式(49)反转为在仓中间的y值给出：

27

9光谱灵敏度的方法

9・1光谱光源设置

量子效率的光谱依赖性的测量需要具有可在一定波长范围内扫描的光源的单独的

实验装置。该装置包括具有宽带光源的单色仪或可以通过任何其它方式在不同波长之

间切换的光源。使用适当的光学设置来确保光源具有与6.1节中详述的相同的几何特

性。这意味着具有直径D的光源必须均匀地照射直径D*

阵列或校准光电二极管。可以使用不同的孔径d/D并且必须报告。设置整个系统是有

利的，即所有波长的光子辐照度都是相同的。

光谱测量要求非常高。可能无法均匀地照亮整个传感器。因此，只有传感器的一

部分可用于光谱测量。

9.2测量条件

本节总结了测量条件。

传感器区域：指定所使用的传感器面积的分数（全部，一半,000）。

操作点：操作点必须与所有其他测量值相同。

带宽:光源的FWHM（全宽半高）带宽应小于10nm

o

如果在技术上不可能使用这

样窄的FWHM,FWHM带宽可以扩大到高达50nm的值。必须报告用于测量的

FWHM.如果使用大于10nm的FWHM,则不能评估颜色传感器的颜色再现,例如

ISO13655和CIE15.2。一些图像传感器显示出量子效率中作为光的波长的函数

的显着振荡（图13）。如果发生这种振荡，峰值位置因传感器而异。因此，如果

描述过滤器过程包括过滤器的宽度，则允许其平滑。

波长范圉:扫描的波长范围应覆盖传感器响应的所有波长。通常，这包括从至少

350nm到HOOnm的波长范围。对于UV敏感传感器，波长范围必须扩展到相应

较短的波长，通常低至200nm

e

如果在技术上可行的话,必须选择测量点的数量,使

得整个波长范围被无间隙地覆盖。这意味舂相邻波长之间的距离小于或等于

2FWHM。

信号范国:应将曝光时间设置为一个值，以便为所有波长获得足够大的信弓。如果

光源的照射对于不同的波K显示出很大的变化，则这可能需要不

28

止一次具有不同曝光时间的光谱扫描。在每次波长扫描之前和之后，对于每次使

用的曝光时间，必须采取黑暗的图像。

9・3校准

实验设置以与单色设置相同的方式进行校准（6.4节）。图像传感器由用于这些测

量的经校准的光电二极管代替。根据测量的传感器表面的辐照度，在曝光时间内收集

的光子数M（入）的数量用公式（2）。

9.4评估

测量的波长相关量子效率在传感器或所选传感器区域的所有像素上进行平均关于牧童的诗 。对

于彩色摄像机，必须分别对所有颜色评估光谱响应，方法与6.6节结尾所述相同。

评估程序为每个选定的波长包含以下步骤:

1•计算平均光谱灰度值。

2•从平均光谱值中减去平均暗值。

3•根据在相同操作点执行的线性度和灵敏度测量（6.6节）确定的K除以计算累

积电荷单位数。

4•除以平均光子数如（入），使用光谱校准曲线9.3节计算得到量子效率:

朮入）=

示例曲线如图13所示。

（55）