图像传感器行间转移 为了理解这个概念，我们首先需要一个关于图像传感器如何工作的基础画面。 第一步：认识电荷转移的必要性 图像传感器的核心是将光线转换为电信号。每个像素内部都有一个“光电二极管”，它吸收光子后会产生电子-空穴对，从而积累电荷。电荷量与光照强度成正比。但光电二极管本身并不直接“读出”这个电荷信号。它需要先将积累的电荷转移到一个更安全、专门用于读出的区域，然后再进行测量。为什么？因为在读出过程中，如果电荷还暴露在光线下，会继续产生新的电荷，导致信号混淆和拖影。因此，几乎所有现代图像传感器都需要一个“电荷转移”的步骤。 第二步：理解最基本的转移结构——全帧转移（FFT） 为了引入“行间转移”，我们先看一个更简单的结构：全帧转移。想象一下，传感器芯片被分为两个完全相同的区域，上下堆叠。上半区是“感光区”，布满光电二极管，用于曝光收集电荷。下半区是“存储区”，被金属遮光，不感光。曝光结束后，所有像素收集的电荷被一次性、快速地垂直向下转移，整帧图像从感光区转移到遮光的存储区。然后，存储区内的电荷再被逐行读出。这个结构的优点是结构简单，像素开口率（感光面积占比）高。但缺点是需要一个机械快门来在电荷转移和读出期间遮挡光线，否则会产生严重拖影。 第三步：引入核心概念——行间转移（IT） 行间转移结构是为了解决全帧转移需要机械快门的问题而发明的。在这种结构里， 每个感光像素（光电二极管）的旁边，都紧挨着一个垂直的、被金属遮光的“垂直移位寄存器”（也称为垂直CCD） 。你可以想象传感器的布局：奇数行是感光像素，偶数行是遮光的垂直移位寄存器，两者交替排列，紧密相邻。 工作流程如下： 曝光 ：感光像素阵列收集电荷。 快速行间转移 ：曝光结束的瞬间， 所有感光像素中的电荷，被并行地、一次性转移到相邻的遮光垂直移位寄存器中 。这个转移过程极快（微秒级）。 逐行读出 ：转移到垂直移位寄存器后，感光像素阵列就可以立即开始下一次曝光，无需等待整帧读出完成！与此同时，垂直移位寄存器中的电荷被 逐行 向下移位，每次移一行到底部的“水平移位寄存器”中，再由水平移位寄存器逐个像素读出。因为垂直移位寄存器是遮光的，所以在向下移位和读出的过程中，电荷不会受到新曝光光线的影响。 第四步：剖析行间转移的优缺点 优点 ： 无需机械快门 ：由于电荷从感光区到遮光区的转移极快，可以在电子控制下实现，因此可以使用电子快门，使相机结构更紧凑、可靠。 抗拖影能力强 ：电荷被快速转移到遮光区，大大减少了在转移和读出期间因持续光照产生的非预期电荷（拖影）。 可实现高速电子快门 。 缺点 ： 开口率降低 ：因为每个像素旁边都要挤进一个垂直移位寄存器，感光区域（光电二极管）的面积被压缩，导致开口率下降，影响感光灵敏度和动态范围。 结构更复杂 ：制造工艺比全帧转移更复杂。 可能存在垂直拖影 ：在极高亮光源（如太阳）下，强光可能溢出光电二极管，泄漏到相邻的垂直移位寄存器中，形成一条垂直亮线（“开花”现象的一种）。 第五步：认识其演进——帧行间转移（FIT） 这是行间转移的增强版。它在感光像素阵列和垂直移位寄存器下方，又增加了一个完全遮光的“帧存储区”。工作流程变为：电荷先从感光像素 并行 转移到垂直移位寄存器，然后再被 快速、并行 地从垂直移位寄存器转移到下方的帧存储区。最后从帧存储区逐行读出。这样，垂直移位寄存器被迅速清空，可以更快地接收下一次曝光的电荷，进一步减少了在极端高光下的垂直拖影，特别适合专业广播摄像机。但结构也更为复杂，成本更高。 总结：行间转移是一种关键的图像传感器电荷转移架构，它通过在 每个感光行之间插入遮光的垂直转移通道 ，实现了电荷从感光区到遮光区的 快速并行转移 ，从而奠定了现代电子快门、低拖影CMOS/CCD传感器的基础，但其代价是牺牲了部分感光面积。