ez1288-图像传感器与相机性能测试平台

西安远望图像技术有限公司是EMVA1288 Working Group成员之一，是最新的EMVA1288-R4.0版国内唯一的有贡献单位（Contributors）。ez1288系列图像传感器与相机性能测试设备是远望图像基于EMVA1288标准开发的标准化检测设备。

ez1288在线与离线处理基础功能：包括图像采集、显示、处理及图表的输出与分析等各项功能；能满足黑白、彩色、线阵、面阵、多光谱等各类相机的性能测试需求；PTM时域参数功能：含量子效率/光谱灵敏度曲线、动态范围、信噪比、灵敏度、响应度、线性度、满阱及饱和值、时域暗噪声等EMVA1288标准规定的全部必测时域参数； DSNU与PRNU：图像传感器暗场及光响应非一致性检测； 图像频谱分析； DC暗电流测试功能。

暗电流大小及暗电流测试的几个基本原则：

1.   暗电流的大或小，暗电流指标是否优异是相对的，主要取决于其应用场景。有些可能需要低到1电子/秒以下，才能满足应用需求；而有些可能10000电子/秒以上，也能满足应用需求。举两个例子说明如下：

(1) 对于经常需要进行长时间曝光的科学级相机，例如如果其拍照时曝光时间是100秒，假定该相机的暗电流是100电子/秒，则其在100秒的曝光时间内暗电流累计平均将达到10000个电子。如果该相机的饱和容量是10000个电子，则在没有任何光照的条件下，在100秒时间内，所累计的暗电流电子就足以使图像达到饱和从而无法测量到任何的有效图像信号了。即使该相机有暗电流自动补偿的功能，也只能补偿图像的灰度均值，无法降低暗电流噪声，按EMVA1288标准相关的理论，10000个电子对应的暗电流噪声均方根是100个电子。该噪声将会严重降低相机的信噪比，降低成像质量。因此对于需要进行长时间曝光的科学级相机来说，100电子/秒的暗电流可能是无法忍受的。由于暗电流一般随着图像传感器工作温度的降低而降低（一般是每6~7度降低50%），相机可能会采用致冷等方式将暗电流降低到1电子/秒以下，才能达到科学级相机对暗电流的要求。

(2) 对于高速线阵相机或高帧频相机，例如工作行频或帧频在1000行/秒或1000帧/秒以上时，其最大曝光时间不超过1ms。同样，如果假定该相机的暗电流是100电子/秒，在1ms的最大曝光时间内，像元平均累积的暗电流只有0.1电子，其对最终图像质量的影响则完全可忽略不计。假定该线阵相机常温条件下的暗电流达到了10000电子/秒，其在1ms内累积的暗电流也只有10个电子，对最终的成像结果可能还是无明显的影响。所以，对于高速线阵或面阵相机来说，对暗电流指标的要求相对不高。

2.   暗电流与相机（图像传感器）工作温度强相关，一般工作温度每升高6~7度，暗电流将增加一倍，因此老的EMVA1288标准里有一个“加倍温度”的参数。但很多新型的图像传感器已经不完全符合此规律，因此EMVA1288 R4.0里，已经删除了暗电流加倍温差这个参数。在需要测量暗电流与工作温度相关性时，可测量一个暗电流随温度变化的曲线。该参数并非EMVA1288标准的强制必测参数，属于选测项目。对于有内部温控（致冷）功能的科学级相机，可通过调整图像传感器工作温度来测试不同温度条件下的暗电流，对于无温控功能的其它相机，要测不同温度条件下的暗电流则需要外部的温控环境。ez1288测试平台无标配的相机温控组件或温箱，因此一般只能测常温条件下相机的暗电流。如果需要测不同环境温度下的暗电流，需要加配温箱。

3.   EMVA1288标准中暗电流的测试，有两种方法：均值法（Mean）与方差法（Var）。一般来说，使用均值法会测得更准确，但是如果相机开启了暗电流补偿的功能，则只能使用方差法进行暗电流测量。EMVA标准内的相关说明截图如下：

4.   暗电流测试结果的准确性及提高测试精度的方法：

(1) 暗电流测试不需要光源，测试时要确保关闭光源，相机/暗箱遮光良好。如果使用ez1288-RD95/C132在暗箱内测试，要注意遮挡相机自带的LED指示灯等发光光源，以免其影响暗电流及暗场的测试结果。

(2) 暗电流与图像传感器的工作温度强相关，为了提高其测量准确性，需要保证环境温度及相机工作温度的稳定性，例如保持环境温度稳定的同时，相机预热足够长的时间以使其达到热平衡。ez1288测试平台在线测试模式下，可开启“自动预热”功能，当ez1288检测到相机工作达到所预设的热平衡状态后自动开始测试，从而可提高暗电流测试的稳定性。

(3) 在测试时间允许的条件下，应使用尽可能大的曝光时间来测试暗电流，以提高暗电流测试的精度。例如，如果一台普通工业相机最大的曝光时间是10秒，当使用最大曝光时间0.1秒，1秒或10秒来测试时，使用10秒测试的结果一定是最准确的，但测试所消耗的时间也是最长的。一般为了同时兼顾暗电流的测试效率与测试精度，常规的工业相机测试我们会把暗电流的测试时间选择为1~5秒。在ez1288测试平台，当采用在线自动测试时，如果选中了DC（暗电流）后的“自动”功能，当暗电流测试精度未达到所设定的精度时，平台将自动增加暗电流测试的曝光时间直到达到相机允许的最大曝光时间为止，因此可能导致暗电流的测试时间耗时较多。因此我们常规测试时，一般不选中DC测试的“自动”功能，设置其测试时间为1000~5000ms（即1~5秒）。

(4) 当相机开启了暗电流补偿功能时，使用均值法是无法测量得到暗电流的。如果不确定相机是否开启了暗电流补偿功能，在ez1288软件界面“采集设置”上方，请选择“不确定”，其等效于“暗电流补偿开”。此时ez1288暗电流的测试将采用方差法，输出结果中不会有均值法的测试结果。如果选择了“暗电流补偿关”，输出结果中将同时包含均值法与方差法的计算结果。如果2者差距太大，且均值法结果偏小，则应以方差法（Var）的结果为准。如果两者相差不大，则均值法（Mean）的结果应会更精确。

5.   判断测试结果准确与合理性的方法：

(1) 如果相机未开启暗电流补偿的功能，均值法与方差法的测试结果应是基本一致的，在误差范围内结果相同。

(2) 注意查看测试结果中的DC均值曲线与DC方差曲线。拟合曲线与测点吻合的比较好，偏差越小，结果越精确。以右侧图为例：本次测试均值法与方差法测量结果一致性很好，表明该相机未开暗电流补偿功能。

(3) 右图DC测试使用的最长曝光时间是5秒。实测中发现，当曝光时间设置为1秒或以下时，DC方差法的测试结果误差非常大，因此将DC测试最大曝光时间增加到了5秒，方差法的测试结果因此减小了，并与均值法保持了一致。当将DC测试时间减小到1秒时，测试结果方差法误差大大增加，实测结果示例如下图。该测试结果，均值法1秒与5秒的测试结果基本一致，但方差法的测试结果大大小于均值法，且不确定度非常大。主要原因该相机暗电流比较小，同时DC测试最大曝光时间偏小，所以测量结果误差大。

暗电流测试FAQ-常见问题及解答

6.   均值法与方差法测试结果相差非常大

(1) 如果是均值法（Mean）的结果明显低于方差法（Var）的测试结果，可能是相机具有暗电流补偿的功能，应该使用方差法的测试结果。

(2) 如果均值法的结果明显大于方差法，可能是方差法的误差太大导致的，应以均值法的测试结果为准。

(3) 在相机允许与测试时间效率允许的情况下，请增加DC测试的最大曝光时间以提高测试结果的准确性。

7.   DC测试结果为负值

(1) 尽可能增加DC测试曝光时间以提高DC测试精度；

(2) 如果曝光时间已经达到了相机允许的最大曝光时间，均值或方差法的DC测试结果仍然是负值，说明该相机在其最大允许的曝光时间以内工作时，暗电流非常小，完全可以忽略不计，可计为零。

8.   测试结果不稳定，多次测试结果变化很大

(1) 尽可能增加DC测试曝光时间以提高DC测试精度；

(2) 随着相机工作温度的变化，暗电流也会变化，例如连续进行测试时，相机工作温度越来越高，则暗电流可能就越来越大；

(3) 相机自身工作不稳定，PTC曲线线性度不好，K值不稳定，也会导致电流的测试结果不稳定。

9.   如何判断暗电流测试结果的合理性及其精度：

(1) 测试结果中的“±”符号给出测试结果的精度。

(2) 检查分析DC测试的均值曲线与方差曲线。（方法参考第5条）

10. 最简单通用的暗电流测试注意事项：

(1) ez1288软件界面上暗电流补偿选择“不确定”（默认使用方差法）；

(2) 使用相机允许的最大曝光时间来测暗电流（测试速度慢但精度高）。