跟着卷卷龙一起学 Camera-- 一亿像素的好坏 03

4.高像素数对 Dynamic range 的影响

从单个像素而言，FWC（Full well capacity）影响了 Pixel 的动态范围。越小的 pixel size， FWC 越小，信号更容易饱和，动态范围越小。所以 camera 的开发者一般在使用像亿 像素这种高分辨率 sensor 的时候，不会使用原始尺寸输出，而是做了 binning 以后输出。把 4 个像素或者更多像素合为一个输出。有人会说，这样的设计还不如直接设计一 个大像素得了。所以终极问题是：同样大小的电路，我们是设计成一个像素的动态范围 大，还是设计成 4 个像素，binning 输出的动态范围大？

Dynamic Range= 20log 10 （FWC/Noise_Floor） 假设两种设计的 pixel 总面积相等，FWC 相等，那么哪一个设计的 noise_floor 更小， 哪一个的动态范围就更大。延续前边的噪声模型，sensor 的 noise 来源主要有三个， 来自光信号的随机噪声：photon shot noise，在数学上服从泊松分布，是时域噪声的 主要来源。来自于 readout 电路的 readout noise，是 Fix pattern noise 的主要来源。 以及来自像素半导体电路的 dark current noise。 去除 temporal noise 需要在时域上的冗余，去除 FPN 需要空间滤波。高像素的设计产 生的像素信号冗余为去除噪声提供了条件。可以有效地降低 Noise floor。所以从提升动态范围以及低光照拍照的角度来说，高像素的 sensor 为信号处理提供了更多的可以 利用的资源。

结论：

除了以上的几个方面，高像素 sensor 对传输电路，散热，光学等也有很多挑战。当年 Nokia 在 pureview 808 的开发上，为了解决这些问题费了很大力气，跟各组件的 supplier 大战了 3 年，才最终带伤上市。现在估计小米也费了不少功夫才把产品搞出来。 高像素数在 crop，zoom，8K 视频等方面显而易见的好处就不说了，总而言之，高像 素 sensor 为进一步提升手机拍照体验提供了一个途径，虽然在工程实现上有很多难点， 但不会改变手机相机像素数越来越高的趋势，相信今后还会有更高像素的手机相机出 现，让我们拭目以待。