sensor binning信号及信噪比

Signal是简单的增加，Noise是以均方根形式增加

例如：
2*2的binning模式中，signal增加4倍，noise增加

4

\sqrt4

4

​倍，so SNR增加2倍。

sony sensor 每个pixel是10bit的，4个10bit的 binning后输出一个12bit数据

signal data

S

S

S is：

S

=

S

10

+

S

10

+

S

10

+

S

10

=

S

12

S = S_{10} + S_{10} + S_{10} + S_{10} = S_{12}

S=S10​+S10​+S10​+S10​=S12​

其中，

S

10

S_{10}

S10​为10bit signal data

N

=

N

10

2

+

N

10

2

+

N

10

2

+

N

10

2

N = \sqrt {N_{10}^2 + N_{10}^2 + N_{10}^2 + N_{10}^2}

N=N102​+N102​+N102​+N102​

​
其中，

N

10

N_{10}

N10​为10bit noise data

Binning

Binning是将相邻pixel（相同颜色）感应的电荷加在一起，以一个pixel的模式读出。在环境光照低的情况下，提高摄像头表现力

处理位置：电荷域（charge）、模拟（电压）域（valtage）、数模转换后的数字域（digital）。

1、电荷域的N个pixel做binning，signal放大N倍，readout noise 减少，所以 SNR差不多增加N倍。

2、模拟（电压）域（valtage）和数字域环节在读出pixel值之后，会有readout noise，N个pixel做binning，signal放大N倍，因为readout noise 增加导致noise放大

N

\sqrt N

N

​，所以 SNR差不多是之前

N

\sqrt N

N

​倍。

上图行列均做x2，相当分辨率下降为之前的1/4

方案1：sensor靶面大小不变，pixel数目不变，pixel合并降低分辨率

低照环境下，通过binning技术降低sensor输出分辨率提高亮度和信噪比

比如800w pixels 的sensor，良好光照环境下，输出800w 10bit数据，低照环境下做2x2的binning，输出200w 的12bit数据较之前会有信噪比的提升，若输出10bit数据，亮度也会有提升

方案2：扩大sensor靶面，pixel数目不变，pixel大小增大

目标输出400w pixels，靶面增加，pixel大小增加即感光面积增加

比如pixel大小

x

x

x 平方微米，增加为

2

x

2x

2x平方微米，即pixel感光面积为

4

x

2

4x^2

4x2，较之前的

x

2

x^2

x2提升4倍，SNR由

S

S

+

D

\frac {S}{\sqrt{S} + D}

S

​+DS​提升为

S

4

S

+

D

\frac {S}{\sqrt{4S} + D}

4S

​+DS​，整体SNR约提升2倍

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