2. 图像传感器基础

图像传感器，说白了就是3A算法的「眼睛」。你算法再牛，传感器给的数据不准，后面全是白搭。我刚开始接触高通平台时，就吃过这个亏——AWB怎么调都偏色，最后发现是传感器的一根配置线没拉对。

这一章，我们就把传感器的工作原理掰开揉碎。重点看三个东西：Bayer阵列怎么排布、曝光和增益怎么控制、帧率和行时间怎么算。

2.1 Bayer阵列：彩色世界的起点

传感器本身是「色盲」的。它只能感知光的强度，分不清红绿蓝。那彩色照片怎么来的？

答案是在每个像素上覆盖一个滤光片。最常见的排列方式就是Bayer阵列。它用RGGB（红绿绿蓝）的2x2单元重复铺满整个传感器。

我在项目中遇到过一个问题：某款传感器在低照度下绿色通道噪声特别大。排查下来，是Bayer排列的G通道增益设置和R/B不一致导致的。嗯，这里要注意——不同通道的增益要独立校准。

Bayer阵列的常见变体：

• RGGB：标准Bayer，最常用
• RCCB：两个绿色换成Clear（透明），提升进光量，但需要算法补偿
• RYYB：黄色代替绿色，华为P系列用过，但AWB调起来很头疼

你想想看，如果传感器输出的是RAW10格式，每个像素10bit。Bayer阵列下，相邻四个像素才组成一个彩色像素。所以ISP里要做demosaic（去马赛克），把缺失的颜色插值出来。

2.2 曝光与增益：控制进光量

曝光，就是控制传感器收集光子的时间。增益，就是把收集到的电荷信号放大。

这两个参数直接影响AE的收敛结果。我们一个一个说。

2.2.1 曝光时间

曝光时间也叫快门速度。单位是行（line）或者毫秒（ms）。

传感器曝光有两种模式：

• 滚动快门（Rolling Shutter）：逐行曝光，每行开始和结束时间不同。成本低，但拍快速运动物体会「果冻效应」。
• 全局快门（Global Shutter）：所有像素同时曝光。适合工业相机，但传感器面积大，手机里很少用。

手机摄像头基本都是滚动快门。那曝光时间怎么算？

举个例子：传感器输出30fps，一帧时间是33.33ms。如果曝光时间设置成20ms，那剩下的13.33ms就是读出时间。读出时间内传感器不能曝光，否则画面会花。

2.2.2 模拟增益与数字增益

增益分两种：

类型	作用位置	噪声影响	典型范围
模拟增益	像素读出前	放大信号同时放大噪声	1x ~ 16x
数字增益	ADC转换后	放大噪声更多	1x ~ 4x

我个人习惯：优先用模拟增益，实在不够了再补数字增益。因为数字增益会把ADC的量化噪声也放大，画面噪点会明显增加。

高通平台里，AE算法会先调曝光时间，曝光时间到上限了（比如30ms），再调模拟增益。模拟增益到上限了，才调数字增益。这个优先级顺序是固定的，但你可以通过tuning参数调整阈值。

2.3 帧率与行时间控制

帧率决定了视频的流畅度，行时间决定了传感器的读出速度。这两个参数是联动的。

2.3.1 帧率怎么算

帧率 = 1 / 帧周期。帧周期 = VTS × 行时间。

其中VTS是垂直总行数（包括有效行和消隐行）。

举个例子：

• 传感器分辨率：1920x1080
• VTS = 1125（1080有效行 + 45行消隐）
• 行时间 = 20μs
• 帧周期 = 1125 × 20μs = 22.5ms
• 帧率 ≈ 44.4fps

你看，想提高帧率，要么减少VTS（减少消隐行），要么缩短行时间（提高传感器主频）。

2.3.2 行时间的影响

行时间 = 一行像素的读出时间。它受传感器ADC速度和MIPI带宽限制。

行时间太短，ADC来不及转换，画面会出现竖条纹。行时间太长，帧率上不去，视频会卡顿。

我在调试一款48M传感器时，发现行时间设到12μs以下，画面就开始出现固定模式噪声。后来查datasheet，发现该传感器的ADC最小转换时间就是12μs。嗯，这里要注意——行时间不能低于传感器规格书里的最小值。

2.4 知识结构总览

下面这张图把本章的核心逻辑串起来了。你可以把它当作调试时的「地图」。

2.5 本章小结

传感器是3A算法的根基。Bayer阵列决定了你看到的颜色，曝光和增益决定了亮度，帧率和行时间决定了时序。这三个东西互相牵制，调一个参数往往会影响另外两个。

我个人建议：拿到一款新传感器，先读datasheet里的这几项——Bayer排列、最小行时间、最大曝光时间、模拟增益线性区间。把这些记在脑子里，后面调3A会少走很多弯路。