明白点讲,CMOS的每个像素都会对光信号进行响应,由于自身有底噪,所以零光线的时候依然会有信号输出。像素对光线的响应是有限度的。当达到最大响应之后,像素输出的信号就是最大值了。这个输出就是满输出。二者相除就是动态范围的指标。阱容的概念也应运而生,每个像素都有一个像素阱,它所能接受的最大光子数我们用阱容指代。要想获得更大的动态范围,我们就要尽量增加阱容,以及压低底噪。总得来讲,我们可以认为动态范围就是CMOS总阱容量除以底噪,画幅裁剪不影响动态范围。
CMOS对光线的采集是有损失的,不过随着近些年来的技术进步,损失越来越小。量子效率(QE)都在往上走,这里因为没有厂商在这里做宣传,我也懒得讲了,讲了就涉及CMOS结构了,超纲又晦涩。
读出速度,像素接受的信息会被模数转换器(ADC,数模转换器就是DAC)读取,现在许多CMOS都是一列像素由一个ADC读取,由于依次读取的速度是有限的,在读取下一个像素之前如果物体位置发生了变化,那么读取到的像素信息就是物体变化后的信息了,读取到的信息就这样一行一行地发生了偏差。果冻效应就这么来了。
果冻效应演示
滤色镜,CMOS本身是接受光子并输出信号地,其本身不能够分辨光线波长。要想输出有颜色信息的图片,需要在每个像素上使用滤色片滤出特定种类的光。然后猜测整个CMOS上像素的其他两种颜色。滤色片的排列方式有很多,现在主流是拜尔排列和四拜尔排列(四拜尔主要在手机主摄上)。
拜尔排列rggb,r是red,g是green,b是blue四拜尔排列rggb示例
华为目前在主摄使用的是四拜尔排列ryyb,把绿色部分换成黄色就是了。
在滤色片之上,CMOS还有微透镜,但这里就不展开了。目前也没有厂商在这上头干坏事。有兴趣的可以研究研究2x2 OCL,这是一个利用微透镜实现的对焦技术。
这里我要强调一个概念。输入端所输入的图像是一切的基础,采集端不能采集到输入端未输入的东西。
我之所以要强调这个,是因为太多人认为:我有一个大底,我就是拍照强,我拍照没你强是因为底没你大。
我在上文写到过,底的大小影响的是你的视角,你的等效焦距。没有提及和画质有关系。
我们回想一下,在影像系统中,负责成像的是什么?是镜头。镜头把图像呈现在cmos上,cmos进行采样。cmos采样会存在一定损失,但无论如何采