信号信噪比与动态范围的区别
2013-02-06 22:06
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信噪比
定义当然很明白了,对于设备来说它的给出一定要靠实际测试得到。就是正常输出信号(测试时具体给定)与同时产生的噪声的比较,=20log10(Uout/Unoise)信噪比S/N指信号中原有部分和由于设备自身、环境干扰等原因造成的噪声的比例。信号和噪声分别用电平表示,单位是Vrms或mVrms。信噪比的单位是dB,计算公式是SN=20LOG(Vs/Vn)(不计权),其中Vs是信号电平,Vn是噪声电平。采用对数计算是由于人耳的响度特性具有对数特征。
信噪比越大,说明系统的噪声和信号的差距越大,系统的特性就越好。
动态范围
是可以计算的。就是设备的最大可测试(输出)值与最小可测试(输出)值的比较取自然对数。所以单位都是dB.当然看得出两者区别还是很明显的。与人眼相比,对于标准CCD和CMOS图像传感器来说,所有感光单元的曝光(收集光子)时间都是相同的。感光单元对景物明亮部分收集的光子较多,对阴暗部分收集的光子则较少。但是,感光单元能够收集的光子数量却受到阱容量 (well capacity)的限制,所以捕捉物体较亮色调的感光单元有可能会溢出或饱和。为防止出现这种情况,可以减少曝光时间。但如果这样做,捕捉物体较暗色调的感光单元可能又无法收集到足够多的光子。因此,对于典型的单次曝光的图像传感器,其动态范围的上限受制于感光单元的阱容量,下限则受制于感光单元的信噪比。因此,CCD摄像器件的动态范围是指其输出的饱和电压与暗场下噪声峰-峰电压之比,即:动态范围=Usat/UNp-p....................... (1)式中,Usat为输出饱和电压;UNp-p为噪声的峰-峰值。显然,动态范围也可这样来定义和计算,即由CCD势阱中可存贮的最大电荷量和噪声所决定的电荷量之比;其数值也是输出端的信号峰值电压与均方根噪声电压之比(通常用dB表示),即:动态范围=USp-p/UNp-p.................... (2)式中,USp-p为输出信号峰值电压动态范围 = 全井容量 / 噪声 (Dynamic range = Full well capacity / read noise)位元深度(bit depth)是一个所需的数值可以来表示整个动态范围。
比如动态范围是2300,那么需要12位的数值来表示,2^12-1 = 4095,而2^10-1=1023 < 2300 .这里的12位就是一般说的科研相机的参数,10bit,12bit,14bit,16bit.
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