相机传感器是否能通过改变局部的曝光时间（或者iso），提高动态范围？_ZNDS问答

mdon111

突发奇想的问题，
听说以后电子快门将会是主流，那能不能使用一些技术手段，改变单个像素的曝光程度，而不是整个画面一起曝光…
我听说有一种滤镜，上面一半是黑的，相当于nd滤镜，下面是白的，然后就可以直接把高光压下来。相同的道理，相机能不能在机内实现？
相机传感器能不能通过改变高光和阴影处的曝光程度…直接实现非常高的动态范围，不用再连续拍几张了。

这个东西当然存在，通常叫单帧 HDR（有些厂商会叫做 WDR，宽动态范围）。
单帧 HDR 就是指在一帧中实现高动态范围成像（HDRI），通常指在多速图像传感器的一组像素中，一部分采用长曝光时间，一部分采用短曝光时间（当然，只要一组像素足够多，那么一组里同时给三个曝光时间也可以），本质上是在用像素数量来换动态范围。

索尼基于四合一排列实现长短双曝光的 QBC-HDR

三星基于四合一传感器实现单帧三曝光的 3HDR

当然这种方案也不仅限于四合一排列，拜尔排列也能做到。我记得以前佳能的魔灯固件，在视频模式下就支持牺牲一半的纵向分辨率，来实现单帧 HDR（下图左）。

只是举例，不代表有落地产品

当然，我们也可以把格局打开一点，毕竟控制多少光进入光电二极管转化成电子又不是只能用曝光时间来调整。
例如这种菱形的大小像素设计，大像素单位时间内吃的光子多，专攻暗部细节（同时给一个小阱容在转换增益上再赚一点信噪比）；小像素面积小，吃的光子少，就专精亮部细节（设计上给大阱容避免过曝）。

大小像素方案，索尼豪威三星都有这种方案的车用 CIS

至于双 ISO 合成，也是有的，目前有两种：两个放大电路双读出和双转换增益双读出——前者直接在一个像素后接两套不一样倍率的放大电路同时读出（阿莱的 Dual Gain），后者是在一次曝光时间内，浮置扩散的电容高低阱容各输出一次。（豪威的 DCG HDR 、三星的 Smart ISO Pro、索尼的 Clear HDR）

以后不能说两个了，三个转换增益都已经上 paper 了

但无论是以上的哪种解决方案，都是 CIS 先同时把长短帧都拍到了（单帧 HDR 虽然是一帧内采集，但是输出还是长短曝光一共两张，或长中短一共三张以此类推）然后再将多个不同曝光的图像合成。至于题主说了类似渐变 ND 镜的曝光方式，实现起来其实不难，但如果要想问题详情里那样在拍摄前就做到像素级的曝光调整目前几乎不可能做到——举个不恰当的例子：这相当于要求在按下快门之前，打印机就把照相机将要拍的照片打印出来了。

理论上钱到位了就可以，但性价比低，不如多张合成

之前就已经有传感器可以同时用两个增益输出然后合成，就是佳能的dgo，不过只在电影机上用了
局部改变曝光时间的话，在支持全域快门的传感器上或许可以做到，现在还是不行的

已经有了，早年阿莱已经是DGO(dual gain output)双ISO输出，现在的佳能C70, C300 III, 松下GH6，都是这个办法，代价是损失分辨率，也是为什么现在成功的DGO还是都在4k左右。

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相机传感器是否能通过改变局部的曝光时间（或者iso），提高动态范围？

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