【相机知识详解】5/10 CMOS图像传感器的大致组成
本篇文章包含对片上透镜（OCL）、像素排列、满阱容量的讲解。
我不是专门学这个的，这些知识都是我在购买相机前，以及个人兴趣从网上的文章中学的，结合自己的理解写的这一系列的文章。或因为原文章本身有误，或因为我的记忆或理解出现差错，不能保证文章的内容都是正确的。如果文章中有错误，可以在评论区指出或私信与我讨论。
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CV9177067 前言
CV9266076 基础篇（上）
CV9340341 基础篇（下）
CV9377605 手机中的算法
CV9518899 杂项
CIS中，除了保护层、红外截止（IR）滤镜和可能存在的低通滤镜等，还有些什么呢？
一、片上透镜（On-Chip Lens，OCL）
为了使每一个像素能接收更多的从镜头出射的光子避免浪费，提高对光线的利用率（量子效率，QE）所以在每个像素的最上面设置一个微型透镜来汇聚光线。这些微型透镜称为OCL。
二、像素排列
由于CIS本身只具有对亮度的感知能力而无法感知颜色，因此会在CIS的上添加滤光片（Color Filter Array，CFA），从而可以分别记录每种颜色的亮度。但这时每个像素点都只有一种颜色，因此要通过算法插值出每个像素点的颜色，从而将颜色还原（此过程称为解马赛克）。
最常见的滤光片的色彩排列方式是拜尔（Bayer）排列，其对4x4的像素阵列内的四组2x2像素，每组中的4个像素按照红绿绿蓝（RGGB）分配滤光片。这种排列方式在通光量与色彩准确度与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，还有以下排列方式较为常见：
1. Quad-Bayer排列：手机上十分常见的一种排列方式。
其对4x4的像素阵列中每组2x2的像素分配RGGB滤光片。这种排列方式适用于像素较高的传感器，否则会损失过多色彩信息。
如果对这种排列合理利用，可以将相邻4个同色滤光片的像素中，主对角线的像素采用相同的一个ISO或曝光时间，次对角线采用另一个，从而较为简单地做到单帧HDR合成。
当这种排列方式以全像素读出时，相比四合一读出（此时与Bayer排列等效）可以提升分辨率，但由于色彩信息较少，因此远达不到相同像素下Bayer排列的分辨率。
这种排列大量应用在手机上的原因是它既可以提供高分辨率照片为手机提供卖点，又可以利用整个传感器读出低分辨率图像，便于手机进行多帧合成提高画质（并不是因为手机厂家所声称的因为单像素尺寸变得更大）。类似的还有可以九合一的Nano-Cell（Samsung）和十六合一的Hex-Bayer（SONY）。
2. 3CMOS（3CCD）：一般出现在专业摄像机中。
在光线从镜头射出后，被分光镜分为3束，分别被3个CIS接收。每个CIS上的滤光片分别为红、绿、蓝。
该方案的优点是几乎不会损失色彩信息，有效分辨率极高，并且可以更加灵活地将多个像素合并为一个大像素输出，这样既避免了超采样输出带来的巨大的发热和数据量，又可以有效利用全部CIS面积。
缺点是功耗高、体积大、数据量大，因此普通的民用领域很少见。SONY的顶级摄像机之一UHC-8300通过3片1.25英寸的全域快门（介绍见后续文章）CIS，最高可输出8K 120fps的不损失色彩信息的图像，其售价也高达43万美元。
3.RYYB排列：将上述排列中的绿色（G）替换为黄（Y）。
好处是在光线不足时可以提高进光量，缺点是色彩的还原能力下降，会导致偏色，并且在光线充足时，为使黄色不过曝，容易导致红蓝像素欠曝。
4.还有一些其它的排列，如RGBW（RGB和透明），Phase One的Trichromatic，Fujifilm的X-Trans和Sigma的Foveon X3等等，在此不做介绍了。
三、满阱容量（Full Well Capacity，FWC）
光子入射到CIS后，被光电二极管转换为电子，像水杯装水一样储存，水杯会满，像素也会满。一个像素能接受的最大电子数称为满阱容量。
一个CIS的总满阱容量越大越好，当读取噪声不变时，FWC越大则动态范围越高。
对于单个像素，尺寸越大，满阱容量越容易做大，对于CIS也同样。因此低像素的机型在缩图前，拥有更高的动态范围。
由于相近的技术下读取噪声接近，而CIS越大则FWC越大，动态范围越高。这是“底大一级压死人”的两个本质原因之一。
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