????????本篇文章包含對(duì)片上透鏡（OCL）、像素排列、滿阱容量的講解。

????????我不是專門學(xué)這個(gè)的，這些知識(shí)都是我在購買相機(jī)前，以及個(gè)人興趣從網(wǎng)上的文章中學(xué)的，結(jié)合自己的理解寫的這一系列的文章。或因?yàn)樵恼卤旧碛姓`，或因?yàn)槲业挠洃浕蚶斫獬霈F(xiàn)差錯(cuò)，不能保證文章的內(nèi)容都是正確的。如果文章中有錯(cuò)誤，可以在評(píng)論區(qū)指出或私信與我討論。

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????????CIS中，除了保護(hù)層、紅外截止（IR）濾鏡和可能存在的低通濾鏡等，還有些什么呢？

一、片上透鏡（On-Chip Lens，OCL）
????????為了使每一個(gè)像素能接收更多的從鏡頭出射的光子避免浪費(fèi)，提高對(duì)光線的利用率（量子效率，QE）所以在每個(gè)像素的最上面設(shè)置一個(gè)微型透鏡來匯聚光線。這些微型透鏡稱為OCL。

二、像素排列

????????由于CIS本身只具有對(duì)亮度的感知能力而無法感知顏色，因此會(huì)在CIS的上添加濾光片（Color Filter Array，CFA），從而可以分別記錄每種顏色的亮度。但這時(shí)每個(gè)像素點(diǎn)都只有一種顏色，因此要通過算法插值出每個(gè)像素點(diǎn)的顏色，從而將顏色還原（此過程稱為解馬賽克）。

????????最常見的濾光片的色彩排列方式是拜爾（Bayer）排列，其對(duì)4x4的像素陣列內(nèi)的四組2x2像素，每組中的4個(gè)像素按照紅綠綠藍(lán)（RGGB）分配濾光片。這種排列方式在通光量與色彩準(zhǔn)確度與色彩信息的量上取到了很好的平衡，因此是目前最常用的排列方式。

此外，還有以下排列方式較為常見：

1. Quad-Bayer排列：手機(jī)上十分常見的一種排列方式。
????????其對(duì)4x4的像素陣列中每組2x2的像素分配RGGB濾光片。這種排列方式適用于像素較高的傳感器，否則會(huì)損失過多色彩信息。

????????如果對(duì)這種排列合理利用，可以將相鄰4個(gè)同色濾光片的像素中，主對(duì)角線的像素采用相同的一個(gè)ISO或曝光時(shí)間，次對(duì)角線采用另一個(gè)，從而較為簡(jiǎn)單地做到單幀HDR合成。

????????當(dāng)這種排列方式以全像素讀出時(shí)，相比四合一讀出（此時(shí)與Bayer排列等效）可以提升分辨率，但由于色彩信息較少，因此遠(yuǎn)達(dá)不到相同像素下Bayer排列的分辨率。

????????這種排列大量應(yīng)用在手機(jī)上的原因是它既可以提供高分辨率照片為手機(jī)提供賣點(diǎn)，又可以利用整個(gè)傳感器讀出低分辨率圖像，便于手機(jī)進(jìn)行多幀合成提高畫質(zhì)（并不是因?yàn)槭謾C(jī)廠家所聲稱的因?yàn)閱蜗袼爻叽缱兊酶螅ｎ愃频倪€有可以九合一的Nano-Cell（Samsung）和十六合一的Hex-Bayer（SONY）。

2. 3CMOS（3CCD）：一般出現(xiàn)在專業(yè)攝像機(jī)中。
????????在光線從鏡頭射出后，被分光鏡分為3束，分別被3個(gè)CIS接收。每個(gè)CIS上的濾光片分別為紅、綠、藍(lán)。

????????該方案的優(yōu)點(diǎn)是幾乎不會(huì)損失色彩信息，有效分辨率極高，并且可以更加靈活地將多個(gè)像素合并為一個(gè)大像素輸出，這樣既避免了超采樣輸出帶來的巨大的發(fā)熱和數(shù)據(jù)量，又可以有效利用全部CIS面積。

????????缺點(diǎn)是功耗高、體積大、數(shù)據(jù)量大，因此普通的民用領(lǐng)域很少見。SONY的頂級(jí)攝像機(jī)之一UHC-8300通過3片1.25英寸的全域快門（介紹見后續(xù)文章）CIS，最高可輸出8K 120fps的不損失色彩信息的圖像，其售價(jià)也高達(dá)43萬美元。

3.RYYB排列：將上述排列中的綠色（G）替換為黃（Y）。

????????好處是在光線不足時(shí)可以提高進(jìn)光量，缺點(diǎn)是色彩的還原能力下降，會(huì)導(dǎo)致偏色，并且在光線充足時(shí)，為使黃色不過曝，容易導(dǎo)致紅藍(lán)像素欠曝。

4.還有一些其它的排列，如RGBW（RGB和透明），Phase One的Trichromatic，F(xiàn)ujifilm的X-Trans和Sigma的Foveon X3等等，在此不做介紹了。

三、滿阱容量（Full Well Capacity，F(xiàn)WC）
????????光子入射到CIS后，被光電二極管轉(zhuǎn)換為電子，像水杯裝水一樣儲(chǔ)存，水杯會(huì)滿，像素也會(huì)滿。一個(gè)像素能接受的最大電子數(shù)稱為滿阱容量。

????????一個(gè)CIS的總滿阱容量越大越好，當(dāng)讀取噪聲不變時(shí)，F(xiàn)WC越大則動(dòng)態(tài)范圍越高。

????????對(duì)于單個(gè)像素，尺寸越大，滿阱容量越容易做大，對(duì)于CIS也同樣。因此低像素的機(jī)型在縮圖前，擁有更高的動(dòng)態(tài)范圍。

????????由于相近的技術(shù)下讀取噪聲接近，而CIS越大則FWC越大，動(dòng)態(tài)范圍越高。這是“底大一級(jí)壓死人”的兩個(gè)本質(zhì)原因之一。

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