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技术应用 // 测试技术
紫边/紫晕与图像传感器的关系
  • 大话成像
    • 2020-12-11
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最近在交流群里有朋友提出Purple Fringe的成因问题 ——主要是Lens的原因,还是主要是sensor的原因?

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在技术论坛上有一些网友贡献了他们的经验。

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光学工程师Dming999的观点是Purple Fringe与镜头色差强相关,与sensor弱相关。镜头656-430nm的色差如果控制的好,会比较大概率减小紫边。


boost1995提供了Imatest的说法,imatest认为Purple Finge与镜头无关,是因为sensor的高饱和像素溢出到周围未饱和的像素位置导致的。


我个人不完全同意Imatest的观点。首先紫边肯定是sensor高亮区域G像素饱和,而红蓝像素未饱和,所以才呈现出紫色,这个观点没错;但是同一个sensor搭配不同的镜头会呈现出‘有无紫边’或者‘紫边大小的不同’,所以不能说紫边跟镜头没有关系。最终图像的紫边也跟ISP的图像处理算法有关,当然我们现在讨论的是原生图像,所以跟ISP的关系先不做讨论。


除了紫边,我们常遇到的还有紫晕(Purple Flare)

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关于Purple Flare的成因比较确定,包括镜头/模组内部的光线反射,杂波散射,光圈边缘的散射,镜头的roughness以及模组内的灰尘都是产生Purple Flare的因素。各种因素导致高角度入射光不仅激发了正确位置的PhotoDiode,也激发了其周围PD,最终形成彩色光晕,如下图所示。

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这也就是所谓的Optical Crosstalk。为什么大多Chromatic Flare都呈现为紫色呢?这是因为对RGGB CFA而言,G通道的color filterRB通道的color filter透明度更高,因此高角入射光线可以相对更多穿过G filterRB对应像素吸收。这样就会导致这些位置的R/G,B/G ratio比那些正常位置的数值更高,经过白平衡,CCM之后在最终图像上呈现出紫色/粉色的光晕。

 

对于在车载或者机器视觉领域,采用RCCBRYYCy之类CFAsensor的应用,由于C或者Y filter的透明度比G更高,发生这种Chromatic Flare的机会更大。

 

改善Chromatic Flare的方法既会从光学角度出发:改善镜头和模组,也会从sensor pixel设计的角度尽量隔绝光线的Crosstalk

比如加入金属隔离墙(Separation Gird),隔离高角度光的Crosstalk,如下图。

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或者采用 deep trench isolationDTI),也就是在像素更深的位置装金属以隔绝光线Crosstalk,下图为backside deep trench isolation

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那么在sensor选型阶段,如何判断哪一个sensorcrosstalk的能力更好呢?

通过sensorSpectral Characterizaiton可以看到在某入射角度下各个颜色通道像素的QE响应曲线,如下图所示

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可以看出,在30°入射光条件下,RGGB sensor,加入CGComposite Grid)技术,与再加入BDTI技术的RGB QE曲线。

很明显后者的R G B QE响应分离度更高,Crosstalk得到了改善。

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