满阱容量与散粒噪声的关系（第二部分）-深圳市联连芯光科技有限公司

一. 虽然散粒噪声会随信号增大而增大，但其相对影响占比反而会降低。

在本系列上篇文章中我们讲到：在散粒噪声受限的应用场景下，满阱容量越大，信噪比（SNR）越好。散粒噪声大小与信号电子数的平方根成正比。尽管散粒噪声会随信号强度上升而变大，但它在整体噪声中的相对贡献占比却在减小。

在上一篇中，我们对比了 Q-12（CMV12k）、Q-21（GSPRINT4521）以及 GMAX2509 的理论满阱容量（见下表）。对比结果表明：满阱容量最大化模式下的 Q-21 拥有最大满阱容量，因此信噪比也最高。

我们不只停留在理论分析，接下来通过实际测试，分析散粒噪声对成像的实际影响。

二. 采集条件

三款相机使用同一均匀光源、相同光强进行照射。由于像素尺寸、满阱容量和感光度存在差异，各传感器配置的曝光时间各不相同；调节曝光，使图像电平达到最大幅值的约 75%。下表为达到 75% 图像电平所需的曝光时长，针对每种配置均采集单张图像。

下文展示四种传感器配置中两组成像效果。

comparison gmax2509 and gsprint4521

截取同等尺寸感兴趣区域、保持对比度参数一致，对比 GMAX2509 与 GSPRINT4521（满阱最大模式），可清晰看到两者噪声差异明显。

GMAX2509

若能在二维图像中肉眼观察到散粒噪声，也可通过图像线剖面直观呈现。从下方线剖面曲线能看出：满阱容量最低的传感器，高频信号波动幅度更大；同时也存在低频的亮度渐变阴影。不过本文不重点讨论低频阴影问题。

若要对比三款以上传感器，图像直方图是最直观的方式。对每款传感器的图像直方图做最大值归一化处理：归一化后直方图形状保持不变，更便于对比不同分辨率传感器。归一化后的直方图曲线如下图所示。

可以明显看到，不同传感器配置的直方图宽度差异显著。测试采用同一标准光源，因此光源均匀性差异无法解释该现象。

结合前文线剖面分析可知：传感器本身均匀性的影响很小，这种幅值波动主要由散粒噪声主导；这也是对线剖面中高频波动的另一种可视化表达方式。

同时注意：在 75% 图像电平下，散粒噪声远大于读出噪声。举例：高感光度模式下 Q-21 的散粒噪声约 73 个电子，而读出噪声仅为 3 个电子。

在均匀照明条件下，直方图宽度可直接表征信噪比：直方图越宽，信噪比越差。与上篇理论曲线结论一致：满阱最大模式下的 Q-21 满阱容量最高，直方图最窄、信噪比最优；Q-12 排名第二，高感光度模式 Q-21 位列第三，GMAX2509 信噪比最差。

本文并非评判某款传感器优劣。散粒噪声不由传感器做工品质决定，仅由满阱容量大小决定，而满阱容量只是传感器众多设计参数之一。

通常，满阱容量越低的传感器，感光度越高。GSPRINT4521 单颗传感器内置两种工作模式：满阱大容量模式和高感光度模式，适配更广的测量应用场景。