Funcionamento e propriedades dos sensores CMOS

1)    Capacidade total do poço [e^–] e capacidade de saturação [e^–]
Pense num pixel como um “balde” e na capacidade do poço total como o número máximo de eletrões que podem ser armazenados neste “balde”. A capacidade de saturação de uma câmara efetivamente usada para caracterização é medida diretamente na imagem da câmara. O valor é normalmente menor do que a capacidade do poço completo para evitar não linearidades. Uma elevada capacidade de saturação permite tempos de exposição mais longos. Se um pixel for superexposto, ele é definido para o DN máximo e, portanto, não contém nenhuma informação útil.

2)    Limite absoluto de sensibilidade [e^–]
O limite de sensibilidade absoluta (AST, Limite de sensibilidade absoluta) descreve o menor número de fotões (radiação mínima detetável) em que a câmara pode distinguir informações úteis na imagem de ruído. Isso significa que quanto mais baixo o limite, mais sensível é a câmara. O limite absoluto de sensibilidade inclui a eficiência quântica, o ruído escuro e o ruído do fotão e deve ser considerado em aplicações com pouca luz em vez de apenas olhar para a eficiência quântica.
O limite absoluto de sensibilidade é determinado a partir do valor em que SNR é igual a 1 (o sinal é tão grande quanto o ruído).

3)    Ruído escuro temporal [e^–]
Mesmo que o sensor não esteja iluminado, cada pixel gera um sinal (escuro). Com o aumento do tempo de exposição e da temperatura, são gerados eletrões em cada pixel, mesmo sem luz. A variação do sinal escuro é chamada de ruído escuro (medido em eletrões). Menor ruído escuro é benéfico para a maioria das aplicações. O ruído escuro juntamente com o ruído do fotão e o ruído de quantificação descrevem o ruído de uma câmara.

4)    Dinâmica [dB]
A dinâmica é a relação entre o número máximo e mínimo mensurável de eletrões da capacidade de saturação. Câmaras com elevada dinâmica são capazes de fornecer simultaneamente informações de imagem mais detalhadas para áreas escuras e claras numa única imagem. Uma elevada dinâmica é, portanto, especialmente importante em aplicações com áreas escuras e claras numa imagem ou em condições de luz que mudam rapidamente.

5)    Eficiência quântica [%]
Um sensor de imagem converte fotões em eletrões. A taxa de conversão, a eficiência quântica (QE), depende do comprimento de onda. Quanto mais fotões são convertidos em eletrões, mais sensível é o sensor à luz e mais informações podem ser obtidas da imagem. Os valores medidos de uma câmara podem, por exemplo, desviar-se das informações fornecidas pelo fornecedor do sensor devido à utilização de uma tampa de vidro ou filtro.

6)    Relação sinal-ruído máxima (SNRmax) [dB]
A relação sinal-ruído (SNR) é a relação entre o valor cinza (corrigido para ruído escuro) e o ruído do sinal. Geralmente é dado em dB. O SNR depende principalmente do fator K e do ruído escuro e aumenta com o número de fotões. O SNR máximo (SNRmax) é atingido quando o pixel armazenou o número máximo de eletrões da capacidade de saturação possível.

7)    Fator K (Digital Number DN/e^–)
Uma câmara converte os eletrões (e^–) do sensor de imagem num valor digital (DN). Esta conversão é indicada pelo ganho geral do sistema K, medido em número digital (DN) por eletrão (e^–): os eletrões K são necessários para aumentar o valor de cinzento em 1 DN. O fator K depende do design térmico da câmara e do sistema eletrónico da câmara. Um fator K melhor pode melhorar a linearidade às custas da capacidade de saturação.