Funcionamiento y propiedades de sensores CMOS

1)    Capacidad Full-Well [e–] y capacidad de saturación [e–]
Imagínese un píxel como un «cubo» y la capacidad Full-well como el número máximo de electrones que se pueden almacenar en dicho «cubo». La capacidad de saturación de una cámera realmente utilizada para la caracterización se mide directamente en la imagen de la cámara. El valor suele ser menor a la capacidad Full-well para evitar no linealidades. Una elevada capacidad de saturación permite tiempos de exposición más prolongados. Si un píxel está sobreexpuesto, se establece en el DN máximo y, por lo tanto, no contiene información útil.

2)    Umbral de sensibilidad absoluta [e–]
El umbral de sensibilidad absoluta (AST, Absolute Sensitivity Threshold) describe el menor número de fotones (mínima radiación detectable) en el que la cámara puede distinguir la información útil del ruido en la imagen. Esto significa que cuanto más bajo sea el umbral, más sensible será una cámara. El umbral de sensibilidad absoluta incluye la eficiencia cuántica, el ruido oscuro y el ruido de fotones y debe tenerse en cuenta en aplicaciones con poca luz en lugar de solo considerar la eficiencia cuántica.
El umbral de sensibilidad absoluta se determina a partir del valor en el que SNR es igual a 1 (la señal es tan grande como el ruido).

3)    Ruido oscuro temporal [e–]
Incluso si el sensor no está iluminado, cada píxel genera una señal (oscura). Con el aumento del tiempo de exposición y la temperatura, se generan electrones en cada píxel incluso sin luz. La variación de la señal oscura se denomina ruido oscuro (medido en electrones). Un ruido oscuro más bajo conlleva numerosas ventajas para la mayoría de aplicaciones. El ruido oscuro con el ruido de fotones y el ruido de cuantificación describen el ruido de una cámara.

4)    Dinámica [dB]
La dinámica representa la relación entre el número máximo y mínimo medible de electrones de la capacidad de saturación. Las cámaras con gran dinámica pueden proporcionar simultáneamente información más detallada para zonas oscuras y claras en una sola imagen. Por lo tanto, una gran dinámica goza de gran importancia en aplicaciones con zonas oscuras y claras en una imagen o en condiciones de luz cambiantes.

5)    Eficiencia cuántica [%]
Un sensor de imagen convierte fotones en electrones. La relación de conversión, es decir, la eficiencia cuántica (QE) depende de la longitud de onda. Cuantos más fotones se conviertan en electrones, más sensible a la luz será un sensor y más información se podrá obtener de la imagen. Los valores medidos de una cámara pueden desviarse de la información proporcionada por el proveedor del sensor debido a, por ejemplo, el uso de un cubreobjetos o un filtro.

6)    Distancia máxima señal-ruido (SNRmax) [dB]
La relación señal-ruido (SNR) representa la relación entre el valor gris (corregido por ruido oscuro) y el ruido de señal. Se suele expresar en dB. La SNR depende, sobre todo, del factor K y del ruido oscuro y aumenta con el número de fotones. La SNR máxima (SNRmax) se alcanza cuando el píxel ha almacenado el número máximo de electrones de la posible capacidad de saturación.

7)    Factor K (número digital DN/e^–)
Una cámara convierte los electrones (e^–) del sensor de imagen en un valor digital (DN). Dicha conversión viene dada por la amplificación general del sistema K, medida en número digital (DN) por electrón (e–): se requieren K electrones para aumentar el valor gris en 1 DN. El factor K depende del diseño de la cámara térmica y de la electrónica de la cámara. Un mejor factor K puede mejorar la linealidad a expensas de la capacidad de saturación.