Understanding CMOS Image Sensor(19) _像素密度

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根据动态范围的定义，动态范围的分贝表示用以下公式计算
当读出噪声为一个电子时，的动态范围即达到理论极限值
根据上面的公式可以简单计算出动态范围与之间的关系。

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显然，目前较好的工艺水平（SONY）可以做到每个像素容纳10000~30000个电子，可以提供80~90dB的极限动态范围，但是更多就不合理也不经济了，因为更大的势阱容量需要更大的像素面积，而像素大到一定程度之后就会遇到成品率瓶颈，下面有专题说明，因此超过80dB的动态范围往往需要依赖其它技术实现。
下图列举了一些典型单反相机的动态范围指标，纵坐标可以理解为AD转换器的位数。例如12位ADC能够表示的动态范围是2^12=4096 ，而14位ADC能够表示2^14=16384 ，以此类推。

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P.S. ADC位数的选择必须是和的动态范围相适配的， ADC位数高于是没有任何意义的性能浪费，低于则不能完全发挥出的性能优势，也是一种性能浪费。从图中可以看到，单反相机的主流是采用14位ADC ，更高端的则采用16位ADC 。
白天的天空可以看作是一个非常明亮的光源，如果动态范围不足，拍摄天空时就很容易出现过曝，蓝天变浅，白云失去层次感，甚至完全变白。

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下图列举了一些典型场景的动态范围。

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在日常生活中会经常遇到动态范围>100dB的场景，一个如果具备120dB的动态范围即可满足绝大部分场景的拍摄需求。普通人眼可轻易应对80~100dB的场景，然而普通的CMOS却只能提供50~70dB的动态范围，更高的动态范围一般需要通过多帧合成的办法实现。
在摄影领域经常使用“f-stop”术语描述镜头的通光量，这里stop指曝光档位，镜头光圈旋转到一个f-stop档位的时候会自动锁定，伴随一个轻微的“咔嚓”声。档位的设定依据是非常明确的，即相邻两档的通光量是2倍关系，因此镜头的通光量是按照2的指数倍规律变化的。
在摄影领域经常使用“light stop”术语描述场景的动态范围。举例来说，如果室内最暗处照度是1lux ，而室外最亮处照度是3万lux ，则场景动态范围是30000（90dB），需要15个light stop 。
当一幅画面同中时存在亮部和暗部的时候，往往就是考验动态范围性能的时候了。动态范围小的无法同时兼顾亮部和暗部，通常只能牺牲一个保证另一个，或者两者都做出一定的牺牲（下图左）。如果希望暗部和两部能够同时得到较好的还原，则只能使用宽动态性能更好的（下图右）。

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ND滤镜
使用高动态范围的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（）抑制天空区域的亮度，改善成像效果。