1. 简述
夜视技术市场涵盖了广泛的应用，主要目的在于给操作员提供视觉辅助分析。通常要求系统具有良好的便携性以及低功耗。现代的夜视系统已数字化并带有高端图像处理功能，可以实现模糊场景分析。在这样的要求下，图像传感器本身的性能就变得极其重要。理想状况，极度低光照状态下每一个光子都必须转化为有效信号，从而最终图像可以清晰分辨所有细节。本文章对主要用于评估低照度性能的传感器关键参数、建模和度量法作出探讨。


2. 传感器特征
本文工作是基于 Teledyne e2v 一款用于低照度科研 CMOS 图像传感器（CIS），560 万像素分辨率（2440x2304）。其像素为 6.5 微米，支持全局快门跟卷帘快门模式，最大速度为 88 帧每秒。这一单芯片架构属全数字并为非常低噪声应用作出优化[1]。这一 CIS 能够在全速卷闸快门下实现亚电子时间噪声，并在全局快门下实现 5 电子时间噪声。


这一传感器最初是基于标准 CMOS 工艺设计，然后转移到特定的厚和高阻抗硅物料(HiRes)以实现从可见光到近红外(NIR)更高灵敏度和良好的空间分辨率和更大的量子效率(QE)。像素的微透镜以零缝隙(zero-gap)方法优化，实现最大 80%的量子效率。专有的像素彩色马赛克阵列或单色阵列，使得传感器适用于日间和夜视应用。


其它测试器件(DUT)的低亮度性能在表 1 中做了比较。


3. 低照度相机和传感器设计
3.1. 噪声水平
噪声是由以下各因素构成：

 

  • 读出噪声(