复位噪声 (σr): 卷帘曝光方式需要在先对势阱复位，将势阱中自由积累的电荷全部释放，为后续的读出准备。但是由于暗电流的存在，每次复位后都会残留一些大小随机的噪声信号，即复位噪声，其大小与像素结构、芯片温度、PN结电容有关，因此也称为kTC噪声。

像素的复位是需要一定时间的。定量的研究表明，即使是采用较大的复位电流，一般也需要1ms以上的时间才能将电荷释放干净，如下图所示。


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实际的复位控制信号通常会短于1ms，因此下一帧图像多多少少会残存一些上一帧图像的影子，这个残影叫做image lag，也是噪声的一种形式。下图显示了有残影和无残影的图像对比。


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  • 1/f噪声 (σf): 1/f 噪声是一种低频噪声，在有些文献中也称flicker noise（闪烁噪声） 或pink noise（粉红噪声），它广泛存在于半导体器件中。在低频的时候1/f噪声一般显著高于电散粒噪声。

一种理论认为，半导体晶格中都会存在一些缺陷，这些缺陷能够捕获一些自由电子并将其束缚一段时间，这可以解释1/f噪声的一种来源。广义的1/f噪声是功率谱密度符合 1/（f^β）公式的噪声形式，其中指数β 的取值范围在0.5~2.0 之间。 研究发现，CMOS sensor 中的1/f 噪声功率谱密度与频率成反比，下图定性地表示了1/f 噪声的频谱特征以及与热噪声的关系。


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从上图中可以看到，“pink”与“white”这两种"颜色"的主要区别在于功率谱的分布。白噪声的功率在所有频段上是均匀分布的，而粉红噪声的功率主要集中在低频。

人们不仅在电子装置中观测到1/f噪声，在音乐、生物学乃至经济学中也观察到这种噪声1。关于1/f噪声的来源仍存在很大争议，几乎每届学术会议上都有人想来个“正本清源”，可惜N多年也没争出个一二三四来。每个试图解决问题的人都能提出某个模型，但是这个模型只能在一定条件下或者是一定范围内成立，不具有一般性。最后相关会议主办方干脆出个论文集，也不加评论，直接把所有吵架论文编成一本将近800页的大书。


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  • 光响应非均匀性 (σp): 英文为PRNU，Photo Response Non-Uniformity。Bayer格式的sensor 通常存在四种像素(R,Gr,Gb,B)，这四种像素的光电转换特性（即增益特性）不可能是完全一样的，不同种像素间存在种间差异，同种像素之间也存在个体差异，如下图所示。


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PRNU通常占总噪声的1~2%左右，很多时候是可以忽略的。从下图中可以看出当信号较大时光信号本身的散粒噪声远大于像素的非线性响应噪声。


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某些科研级的sensor 的线性度指标已经达到了惊人的99.9%。


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  • 串扰 : 英文为Crosstalk，在通信领域中指两条信号线之间由于屏蔽不良而发生了的信号耦合，一条线路上的信号通过线缆间存在的互感和互容馈送到了附近的信号线上，在模拟通信时代可能导致听到别人的通话。在sensor领域，串扰指的是入射到一个像素A的光信号没有在这个像素里被捕获，反而被其周围的像素B捕获，导致B产生了不该有的信号。

在下图例子中，粉色表示的是不透光的像素，不应该有任何输出，黄色表示正常像素，应该有输出。实际上，光子是可以在硅片中穿透一定的距离的，从而有机会进入到粉色像素的感光区，从而变成粉色像素的信号，这就是CMOS sensor的串扰机制。


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