现代传感器具有令人难以置信的图像捕获功能。 最大的发展之一是双增益架构。 但它是什么，它做了什么？

大多数人或多或少地意识到现代成像传感器的工作原理。光子进入，进入硅片并变成电子，然后电子从传感器移出到电子设备中，然后将它们变成ProRes电影文件。如果非常简短的概述它如何工作的概述，这实际上是一个相当准确，虽然目前的相机已经开始超过可以用更简单的方法做的事情。 高帧率、高动态范围和高分辨率增加了许多难以处理的信息。

成像传感器处于原始状态

这可能会成为传感器技术发展的不规则系列的开始，以及现代相机如何取得如此惊人的成果。

双增益技术

我们的第一个主题是称为双增益读出的技术，也许最著名的应用于Alexa的ALEV3传感器。虽然很棒，但Alexa传感器不再处于开发的前沿，而且其他摄像机也越来越多采用双增益 - 尤其是Fairchild LTN4625，它可能是Blackmagic 4.6K摄像机中使用的传感器。双增益读出是现代传感器如何实现如此高动态范围的重要部分。

Ursa Mini 4.6K传感器，带双增益读出

问题是光子撞击传感器产生的实际信号很小，无法直接数字化。为了在其上放置一定数量的电子，LTN4625上的一个像素（或者感光单元）在达到最大值之前可以包含大约40,000个电子。一个放大器的电流表示每秒6.2×10¹⁸个电子，它至少是一个18位数。来自成像传感器的信号很小，因此我们需要放大器。

在大多数设计中，现阶段都会设置相机的ISO感光度等。毕竟，硅以一种由物理定律固定和控制的方式将光子转换为电子; 在我们改变库存胶片的方式上，没有办法让相机变得更敏感或更不敏感。感光度由放大器控制，放大器通常是CMOS成像传感器本身的一部分。这些放大器需要处理微小信号而不会增加干扰，这会在图像中产生噪声。

快速放大器

特别之处在于这些放大器还需要非常快速地运行。LTN4625上有大约1200万像素，而Fairchild的规格表明它将以每秒240帧的速度拍摄，具体取决于它内置的设备类型。这是每秒近30亿像素（准确地说是2,866,544,640），每个像素必须以足够的精度处理，以便能够以高精度数字化并且不会模糊到其邻居的信号中。所有这些都发生在成像传感器本身，但如果所有像素都通过一个点传输，那么基本上不可能这样做。

大多数基本的图像处理，包括放大和数字化，都是在传感器上完成的 - 而不是像这样的外部电子设备

我们一直在使用作为一个例子，Fairchild传感器LTN4625，该传感器为其4,600列像素中的每一个都配备了独立的放大器，但实际上，制造一个快速，安静且具有高动态范围的放大器也是非常困难的。将相同的信号连接到两个放大器要容易得多，其中一个放大器查看信号的低能量（“暗”）部分，其中一个看信号的高能量（“亮”）部分。它更像是在不同曝光下拍摄相同场景的两幅图像以捕捉高动态范围，但其优势在于它在同一时间点被捕捉。这当然对于移动图像工作至关重要。

这种方法确实意味着需要进行大量的电子校准才能使图像看起来很好 - 需要仔细管理“亮”和“暗”数据的组合。通常，这是在现代相机上通过“非镜头校准”过程完成的工作的一部分。

硅片上的传感器由Dave Gilbolm提供 -  Alternative Vision Corporation

这就是我们如何制造具有实用超级动态范围的相机。