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關於感光元件你不能不知道的事 - 電子溢出(Blooming)

當一個像素(Pixel)的電位井容量(Full Well Capacity - FWC)達到飽和(Saturated)時,該像素就會飽和。當一個電位井被填滿時,多餘的電荷會溢出(Blooming)至相鄰像素的電位井中。根據溢出的方向性,可分出兩種溢出。當然,這些溢出可透過永遠不達到飽和電位井容量來避免,因此可使用較短的曝光時間…但對於所有或部分的影像來說,這並非是個總是非常實際的方法。


圖16:未溢出(a)、垂直(b)及水平(c)溢出的影像

對於光照極不均勻的場景(高對比物體、火焰、爆炸、星河、夜景等),更是如此。




水平溢出(Horizontal Blooming)

在這種情況下,電荷溢出會發生在相鄰的列中。為了避免這種情況,只有相對於每個像素或每列的溢漏(Drains)才能避免鄰近電荷的彙集。對於行間傳輸系統,這一過程被稱為垂直溢漏(Vertical Overflow Drain - VOD),如圖17中橙色部分所示。

然而,我們可再次注意到,它們的存在使結構變得更加複雜,同時也降低了填充係數(Fill Factor)。由於溢漏的光所產生的電荷會被直接消除,因此有效表面會減少。


圖17:水平溢出(Three-Gate Pixels,根據Tulloch所說)

溢漏的原理可與電子快門相連,在這種情況下,它將用於快速清除影像,例如:在非同步採集(Asynchronous Acquisition)的情況下。




垂直溢出(Vertical Blooming) - 塗抹(Smear)

在某些情況下,感光元件的曝光可能會在沿著色譜柱傳輸的過程中持續存在。在這種情況下,如果超過了全井的容量,電荷就會在傳輸過程中流動,產生垂直線,稱為“塗抹(Smear)”。(圖18)

圖18:垂直溢出

積極應對溢出的唯一辦法,就是縮短曝光時間或選擇其他結構,但這要以犧牲填充係數作為代價。



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