下图是用示波器实测像素线性度的测试数据。


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下图是实验测量的输入输出曲线，横坐标是入射到sensor的光子数，纵坐标是sensor输出的数值（Digital Number, DN）。


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以上关系用公式描述就是

S(N, t) = q(λ)·N·t

其中，S(N, t)是sensor的一个像素采集到的电子数， q(λ,)是sensor在波长λ处的光电转换效率，N是单位时间内入射到sensor表面的光子数（波长λ的单色光），t是曝光时间。

sensor 最终输出的像素值是使用ADC对S(N,t)进行采样和AD转换得到的量化值，该值会有PV(Pixel Value)，ADU(Analog-Digital Unit)，DN(Digital Number)，Output Code等多种表述方式，并且

DN=g*S(N, t)

其中符号g代表增益系数gain，意义是多少个光子能够激励出1个比特的DN值。

下图描述了一个CMOS像素发生光电转换和收集光生电子的过程。


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以上过程会涉及几个关键性的参数，下面简要给出描述。

3.1 量子效率 （Quantum Efficiency）

量子效率是描述光电器件光电转换能力的一个重要参数，它是在某一特定波长下单位时间内产生的平均光电子数与入射光子数之比。

由于sensor存在三种像素，所以量子效率一般针对三种像素分别给出。下图是一个实际sensor的量子效率规格示例。


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3.2 势阱容量 （Saturation Capacity）

势阱容量又称Full Well Capacity，指一个像素的势阱最多能够容纳多少个光生电子，消费类的sensor一般以2000~4000较为常见，此值越大则sensor的动态性能越好。

下图给出一个包含势阱容量规格的例子。


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图中可以看出，不同厂家的像素工艺可以相差很大，较先进的工艺可以在34μm2的面积上容纳超过3万个电子，平均每μm2可以容纳近1000个电子，而普通的工艺每μm2只能容纳不到400个电子。

下图是两款SONY sensor进行比较。


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下图是一些单反相机sensor的饱和阱容比较。


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