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手机拍照对于暗光下画质要求越来越高。暗光下，进光量少，read noise变为主导噪声。所以read noise减小，对于暗光画质提升有很重要意义。 随着技术发展、工艺提升，主流cmos图像传感器的read noise已经减小到了1·2 e-。但是如何进一步减小图像传感器的read noise仍然是一个热门话题。这篇文章就简单介绍如何利用CMS (Correlated multi-sampling)技术来减小Pixel的read noise。
CMS 介绍
CMS技术是指在信号提取时，对信号值和reset值多次抽样，通过多次抽样平均之后来减小噪声。
研究图像传感器各种噪声的来源与性质非常重要，根据噪声性质的不同才可以相应地采取适当的去噪方法。本文只介绍CMS的基本原理。噪声来源、各种噪声的性质，以及优化CMS的方法这些方方面面的知识点以后慢慢填。
以手机sensor最常用的4Tpixel为例,一个pixel内有4个Transistors。Transfer Gate、Reset、Source follower和Select。一般4T Pixel电路的工作原理是，先进行Reset，光电二极管开始曝光。曝光结束以后，TransferGate打开，信号通过Source follower读出之后进入ADC，变为数字信号。 先进行Reset，光电二极管开始累计信号，TransferGate处于关闭状态。在这段时间对对reset信号多次读出，抽样M次，得到平均的reset信号Vreset。
然后曝光结束，Transfer Gate打开，信号从光电二极管到FD，经过source follower放大后读出。再对积分后的信号值再读出多次，抽样M次，得到平均的reset信号Vsignal。
抽样结束后，再将这两个信号相减，就得到真正的信号值。
结论
1.经过M次抽样，理想情况下read noise可以减小到1/M0.5；
2.抽样次数越多，read noise越小。但是由于correlated噪声部分，最终read noise会趋于定值；
3.多次抽样，需要ADC多次读出，如果ADC读出速率不变，多次抽样会导致输出图像帧率下降。为了保持图像的高帧率，就需要设计高速读出电路，设计复杂度和成本也就相应提高了。
