3. sensor 关键参数（一）：分辨率、帧率、像素尺寸、靶面尺寸

在 ISP 调试与 sensor 选型中，分辨率、帧率、像素尺寸与靶面尺寸是决定成像系统基础性能的四大核心参数。它们不仅直接决定图像细节、运动捕捉能力与光学适配性，还深刻影响 ISP 的 pipeline 配置与带宽预算。本节将逐一拆解这些参数的定义、单位、相互约束关系及在选型中的实际考量。

3.1 分辨率：像素阵列的规模

分辨率指 sensor 感光阵列的像素数量，通常以“水平像素数 × 垂直像素数”表示，如 1920×1080、3840×2160。分辨率决定了图像能够呈现的细节上限，是 ISP 处理 pipeline 中缩放、裁剪、降噪等模块的输入基准。

3.2 帧率：时间维度的采样能力

帧率（FPS, Frames Per Second）表示 sensor 每秒输出的完整图像帧数。帧率直接影响运动物体的拖影程度与实时性。在 ISP 调试中，帧率与曝光时间、增益、带宽之间存在强耦合关系。

• 常规帧率： 25/30 fps —— 适用于大多数安防与消费场景。
• 高帧率： 60/120/240 fps —— 用于高速运动捕捉、体育转播、工业检测。
• 低帧率： 1~15 fps —— 用于低带宽传输、长曝光夜视场景。

3.3 像素尺寸：感光单元的面积

像素尺寸（Pixel Size）指单个感光像素的物理边长，单位通常为 μm（微米）。像素尺寸直接决定了 sensor 的感光灵敏度、满阱容量（FWC）与动态范围。

3.4 靶面尺寸：光学系统的匹配基础

靶面尺寸（Optical Format）指 sensor 感光区域的对角线长度，通常以英寸（inch）表示，如 1/2.3″、1/1.7″、1″ 等。靶面尺寸决定了镜头成像圈必须覆盖的范围，是镜头选型的首要约束。

3.5 四参数联动关系

分辨率、帧率、像素尺寸与靶面尺寸并非独立参数，它们通过以下公式紧密关联：

靶面对角线 = sqrt( (水平像素 × 像素尺寸)^2 + (垂直像素 × 像素尺寸)^2 )

数据带宽 = 水平像素 × 垂直像素 × 帧率 × 位深 × 通道数

曝光时间上限 ≤ 1 / 帧率

选型时，必须同时满足以下约束链：

1. 光学约束： 镜头成像圈 ≥ 靶面对角线
2. 带宽约束： MIPI 接口速率 ≥ 数据带宽
3. 时序约束： 帧周期 ≥ 曝光时间 + 读出时间
4. 灵敏度约束： 像素面积 × 量子效率 ≥ 目标照度下的 SNR 要求

3.6 参数选择与 ISP 适配关系图

下图展示了 sensor 四参数与 ISP 各模块之间的适配关系，帮助理解选型对 ISP pipeline 的直接影响：

3.7 选型避坑清单

• 分辨率与帧率不匹配： 高分辨率 + 高帧率会导致带宽爆炸，需确认 MIPI 接口 lane 数与速率是否支持。
• 像素尺寸与靶面矛盾： 相同靶面下，像素尺寸越小分辨率越高，但灵敏度下降明显，低照度场景慎选。
• 忽略读出时间： 帧周期 = 曝光时间 + 读出时间，读出时间随分辨率增加而增加，高帧率下可能无法达到目标曝光。
• 镜头成像圈不足： 靶面尺寸大于镜头成像圈会导致边缘暗角与畸变，ISP 虽可部分校正但会损失画质。