analog_gain(模拟增益) 与digital_gain(数字增益)的区别与联系

gain表示增益，即放大倍数，一般多用于硬件放大器，随着gain值增大会带入相应的噪声。对于数字增益带来的噪声和模拟增益带来的噪声区别，参考博客：引入的噪声程度：曝光时间，模拟增益，数字增益的不同_Camera Man的博客-CSDN博客_sensor 增益

模拟增益(analog_gain)带来的噪声

用数据来说明：2.4 和3.1，数字量化后为2和3.但假如模拟增益2x,则为4.8和6.2,量化后为5和6。这就是模拟增益带来的噪声。但模拟增益带来的噪声只会一次引入。不会多次级联引入。

数字增益(digital_gain)带来的噪声问题会多次级联引入。

比如信号原先为2.4和3.1，信号差为0.7。但数字化后变为2和3，经过2倍后变为4和6这就是数字增益带来的噪声。8x后就是16和24.而实际上模拟噪声8x也就是才2.4*8和3.1*8，数字量化后为19和25.

isp_gain是高通平台自带的gian，isp_gain与digital_gain改变带来的噪声影响相等;由于sensor自带的gain能力有限最大值是15.5，不可能那么精确，假如实际只支持14，所以需要平台isp_gain来补偿1.5。digital_gain位于曝光表中。

adrc_gain主要用于当画面出现明暗对比明显时，调整该值可以在曝光时压制过亮的部分且保住过暗部分的细节，其体现在LTM上。是非线性gain值

real_gain是线性gain值,

total_gain包括real_gain和adrc_gain

信噪比（SNR）是用来衡量图像的噪声程度的一个概念，SNR = Signal / Noise. 如果 按照 dB 计算，就是 20log（S/N)。 如果我们给图像信号一个增益 A，信号和噪声同样被放大 A 倍。那么 SNR 就应该保持 不变。但是为什么我们经常会听到这样的一个经验：相比数字增益，模拟增益会更少地 引入噪声呢？要想知道这个结论背后的道理，就需要先知道在数字成像系统中噪声的来 源与性质。我们先从 image sensor 在成像过程中产生的噪声开始说起。 Sensor 的成像是由光照射到 Pixel 上，再经过光电转换，模数转换。完成光信号的数字 化。 光是由一组移动的光子组成。光的能量也就是这组光子所有的能量。（光的能量是焦耳， 而不是 Lux。Lux 只是人眼对光的响应的一种权重表示。）当光子照射到 Sensor 上时， 只有一部分被转换成了电子，这种转换的效率常用 Quantum Efficiency 来表述。所以更 大的 sensor Pixel 和更高的 QE 可以获得更多的电子，也就是 sensor 的 sensitivity 更高。 被转换的电子都存在 sensor 上一个一个的像素里。每一个像素可以保存的最大电子量 称为 Full Well Capacity。这些被保存的电子不是每一个都是通过光电转换而来的，有一 些则是通过暗电流产生的。暗电流是由热量产生的，通常情况下，温度每升高 5°C~8° C，暗电流就会增长一倍。这些电子被转换成电压信号，再经过放大、模数转换 ADC， 形成数字图像信号

在整个 sensor 成像过程中，每一步都会有不同的噪声进入信号中，比如刚才说到的暗 电流就是噪声的一种。 按照 ISO 15739，噪声主要是 temporal noise 和 fixed pattern noise. temporal noise 可以说包含 shot noise（散粒噪声）和热噪声。Shot noise（散粒噪声） 包括光子照射到 Pixel 上产生的散粒噪声、光电转换产生的散粒噪声和暗电流产生的散 粒噪声。散粒噪声的大小等于生成的电子信号的平方根。由于他们是从大量的、单一的 事件引起的，所以服从泊松分布。 热噪声主要包括读出噪声和复位噪声。他们都是 MOS 器件的固有噪声。优良 Pixel design 可以减小这类噪声，但是无法从根本上消除。低温同样也对这类噪声的消除有帮助，但 是效果也并不明显。由于这类噪声是由热电子随机运动引起的，所以服从高斯分布。 FPN 包括 Pixel 的光照不均匀响应（PRNU）和暗电流产生的电子在各个 Pixel 上的不均 匀分布（DSNU）。FPN 是由 CMOS 生产工艺造成的，也服从高斯分布。 下图示意了噪声在 sensor 信号通路上的影响。

 其中： Pixel PD 输出的信号和噪声表示为：s+np； pixel circuit 输出的信号和噪声表示为：CG*(s+np )+na；（CG 表示电子放大倍数） 信号经过模拟增益（Gain）AG，再经过 ADC 变成数字信号。 ADC 输出的信号和噪声表示为： AG*(CG(s + np) + na) + nADC 所有在 ADC 之前的信号都是模拟量，所以在 ADC 之前的增益可以笼统地叫模拟增益； 在 ADC 之后信号变成数字信号，所以 ADC 之后的增益可以笼统地叫数字增益。 我们常说的 sensor digital gain 和 ISP digital gain 都是在 ADC 后面，作用在数字信号上， 只是 ISP digital gain 作用在成像的 ISP 信号处理环节。 经过 sensor digital gain 之后的信号加噪声就变成了： DG*（AG*(CG(s + np) + na) + nADC) + n_xxx 所以从这个通路上我们可以看到，同样增加了输出信号的幅度，使用模拟增益 analog gain 不会放大 ADC 的电路噪声，ADC 的量化噪声，以及 ADC 以后的噪声。所以模拟 增益在获得信号增大好处的同时，相比同样的数字增益，系统最终的 Noise 要小，这样 SNR 就更大。同样道理，相比 sensor digital gain，ISP digital gain 则会放大传输电路和 ISP 引入的电路噪声和量化噪声，造成 SNR 更多的损失。 906 模拟增益相对于数字增益的好处除了它不放大 ADC 以后的噪声以外，模拟增益的精度 也远远高于数字增益，这也是它对图像信号的另一个好处