满阱容量与像素饱和度

满阱容量

满阱容量是指单个像素在不达饱和状态时所能够容纳的电荷总量。它深受像素尺寸与相机操作电压的影响，是选择相机时一个重要的考量因素。

像素饱和度

则标志着像素达到其电荷存储极限的状态，即像素无法再吸收更多的光电子。若将像素比作储存电子的深井，那么饱和度便是这井水满溢的时刻。

像素能够存储的最大电荷量，主要由其面积大小决定。然而，随着电荷在势阱中的不断积累，当接近饱和点时，捕获新电子的效率会逐渐降低。

因此，随着像素接近其饱和极限，光强度与信号之间的线性关系会逐渐失真，导致“饱和”像素的响应效率下降。满阱容量有时也被称为线性全井，它代表着线性度降至可接受水平以下的临界点，而非像素达到最终饱和的绝对界限。通常，相机会被精心设计，以确保这一信号水平能够充分填满模数转换器的整个动态范围。

溢出

在饱和状态下，像素无法容纳更多的电荷，这些多余的电荷便会溢散至邻近的像素中。这不仅会导致测量信号出现误差，还可能使邻近的像素也达到饱和状态。这种电荷的溢散现象被形象地称为“溢出”，并在图像中表现为明显的白色条纹或斑点。

在电荷耦合器件（CCD）的读出过程中，饱和信号释放的多余电子往往会沿着传感器向下流动，从而在图像中留下垂直的条纹或模糊区域，进一步干扰图像的采集质量。

为了逆转这些不利影响，研究者们设计了多种防溢出结构。其中，固定式和门控式是最为常见的两种类型。固定式防溢出结构包含一个位于像素旁的排水沟，以及一道阻隔像素与排水沟的屏障。一旦像素内的电荷积累至屏障的高度，便会自动流入排水沟中，从而避免电荷流入邻近像素。而门控式防溢出结构则采用了一种可控制的门控系统，用户可以通过发送脉冲信号来控制屏障的开启与关闭。当屏障打开时，像素内的多余电荷便能顺利流入排水沟中。

总结

满阱容量是评价相机性能的重要参数之一，它关乎到单个像素在不达饱和状态下的电荷存储能力，它依赖于像素尺寸和相机的工作电压。

当像素饱和时，它不再能够存储任何更多的电荷。当像素接近其饱和极限时，光强度与信号之间的线性关系会退化。这导致一个“饱和”像素的响应性下降。

在饱和状态下，电荷会扩散到邻近像素，因为饱和的像素无法容纳任何额外的电荷。这种电荷的扩散被称为溢出，并在图像中表现为一条白色斑点或条纹。在读出过程中，来自饱和信号的多余电子会沿着传感器向下移动，导致图像中出现垂直条纹。

可以实施防溢出结构来防止溢出效应。最常见的两种是固定式和门控式，其中固定结构包括围绕每个像素的排水沟以去除多余电荷。门控结构使用一个可以手动切换打开或关闭的屏障。如果打开，屏障允许任何电荷流向排水沟。