Understanding CMOS Image Sensor( 五 ) _像素密度

所有的像点按照一定格式紧密排成一个阵列，构成的像敏区，即colorarray 。像点阵列的微观效果如下图所示。

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其中感光膜的布局叫做BayerColor ，通常简写为Bayer CFA或CFA 。
早期的工艺微透镜之间是存在无效区域的，为了提高光能量的利用率，人们会努力扩大微透镜的有效面积，最终实现了无缝的透镜的阵列。

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索尼的Power HAD CCD 技术在Hyper HAD 技术基础上缩小了微透镜间距，进一步提升了像素感光能力。

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Bayer格式图片是伊士曼·柯达公司科学家Bryce Bayer发明的，拜耳阵列被广泛运用与数字图像处理领域。

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不同的可能设计成不同的布局方式，下面是几种常见的布局

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下面是光线通过微透镜和Bayer阵列会聚到硅势阱激发出光生电子这一物理过程的示意图。需要说明的是光生电子本身是没有颜色概念的，此图中把电子的颜色只是为了说明该电子与所属像点的关系。

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Bayer格式的数据一般称为RAW格式，需要用一定的算法变换成人们熟悉的RGB格式。

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从RAW 数据计算RGB 数据的过程在数学上是一种不适定问题（ill-posed ），理论上有无穷多种方法，因此与其说是一种科学，不如说是一种艺术。
下面介绍一种最简单的方法。这个方法考虑3x3范围内的9个像素，为简单起见只考虑两种情形，即中心像素为红色和绿色，其它情形同理。

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中心像素为R

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中心像素为Gr
上述过程常称为Bayer ，或者，经过此操作之后，每个像素就包含了3个完整的颜色分量，如下图所示。

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上述各种Bayer格式的共同特点是接受一种颜色而拒绝两种颜色，因此理论上可以近似认为光能量损失了2/3 ，这是非常可惜的。为了提高光能量的利用率，人们提出了RYYB的，这是基于CMY三基色的CFA ， Cyan是青色（Red的补色），是品红（Green的补色），是黄色（Blue的补色）。目前这种特殊的Bayer 已经在华为P30系列和荣耀20手机上实现了量产。据华为终端手机产品线总裁何刚透露，为了保证RYYB阵列在调色方面的准确性，华为付出了整整3年的时间。

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1.5 成像与读出
成像的过程可以比喻成用水桶接水的过程，如下图所示。在这个比喻中，雨水即相当于光子，每个水桶即相当于一个像点，水桶收集雨水的过程即相当于像点的曝光过程。当收集到合适数量的雨水后，会有专门的工序统计每一个水桶收集到多少雨水，然后将桶倒空，重新开始下一次收集。