ND滤镜

使用高动态范围的sensor是拍摄高动态场景的主要手段。另一方面，人们也可以使用光学滤镜来调节输入信号的能量分布，从而压缩输入信号的动态范围。在拍摄天际线场景时，由于天空的亮度高，且分界明显，所以可以使用渐变式中性滤镜（Neutral Density Gradient Filter）抑制天空区域的亮度，改善成像效果。


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3.6 灵敏度 （Sensitivity）

CMOS sensor 对入射光功率的响应能力用灵敏度参数衡量，常用的定义是在1μm2单位像素面积上，标准曝光条件下(1Lux照度，F5.6光圈)，在1s时间内积累的光子数能激励出多少mV的输出电压。

在量子效率一定的情况下，sensor 的灵敏度主要取决于电荷/电压转换系数(Charge/Voltage Factor, CVF)。在下图的例子中，CVF =220uV/e，这意味着阱容2000e的像素能够激励出最大440mV的电压信号。


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在曝光、增益相同的条件下，灵敏度高的sensor信噪比更高，这意味着至少在两个方面可以获得比较优势，

  • 在图像噪声水平接近的情况下，灵敏度高的sensor图像亮度更高、细节更丰富

  • 在图像整体亮度接近的情况下，灵敏度高的sensor噪声水平更低，图像画质更细腻


EMVA 1288 定义了评价camera 灵敏度的标准，即多少个光子可以引起camera像素值变化1，即一个DN。根据量子力学的公式，


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1个波长为540 nm的绿光光子携带的能量是


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Camera 技术手册中会给出像素灵敏度规格，


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根据此规格即可计算像素值变化1需要多少个光子。下面的链接给出了一个具体的例子。


下图给出了普通灵敏度和高灵敏度sensor在噪声、亮度方面的效果对比。


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Panasonic high sensitivity sensors
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3.7 填充系数 （Fill factor）

一个像素不管实际面积多少，用于控制和读出的三极管和电路连线所占的面积是必须首先保证的，余下的面积才能用于制造感光PN结。假设一个像素小到只能勉强容纳几个必须的三极管，则填充系数降为零，这个像素就失去了意义。反之，像素面积越大，三极管和电路所占面积的比例就越小，像素的填充系数就越高，像素的成像质量也会越好。

下图是一个像素版图的例子，这是一个采用PPD结构设计的像素，尽管面积很大，但实际也只取得了60%的填充系数。


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