4.5. 像素單元

相機感測器是一個由感光單元構成的二維網格，每個像素對應一個單元。每個單元都是一個圍繞著光電二極體建構的小型電路，光電二極體將光轉換為電壓，並在每一影格結束時被數位化為單一的數值像素值。

4.5.1. 電路

每個單元中的主動元件是一個光電二極體——矽中一個微小的感光 p-n 接面。在反向偏壓下，光電二極體儲存著少量的電荷儲備，入射的光子可以一點一點地將其釋放出來。

像素電路：一個光電二極體，搭配一個為其預充電的重置開關、一個將曝光後電壓交給小型保持電容的傳輸開關，以及一個通往讀出放大器的輸出。

4.5.2. 曝光週期

每個單元在每一影格都遵循相同的四步驟週期。

預充電。 週期始於一個短暫的重置脈衝，它閉合重置開關 RST，將光電二極體連接到電源軌，並把其儲存電壓抬升到一個已知的參考位準。接著開關打開，使光電二極體在重置電壓下保持隔離，其電荷儲備為滿。

曝光。 在曝光視窗期間，光電二極體被留下來收集光。每吸收一個光子，光電二極體就會耗去其儲存電荷的一小部分。光會使儲存的電荷消失——場景越亮，光電二極體放電越快，視窗結束時其電壓越低。電壓的總降幅即為該像素的訊號。

取樣。 曝光視窗以傳輸開關 TX 上的一個短暫脈衝結束。當 TX 閉合時，光電二極體剩餘的電荷被傾倒到連接於節點 B 的小型保持電容 C 上。此時 C 上的電壓便記錄了該像素的量測值。接著 TX 再次打開，將 C 上的值鎖定，並釋放光電二極體以便為下一影格進行重置，同時 C 則等待輪到它接受讀出放大器的處理。

讀出。 讀出放大器將 C 上的電壓饋送給一個 ADC，後者將其轉換為一個整數計數——每像素通常為 10 至 12 位元的原始精度（高階感測器有時為 14 位元）。該計數即為原始像素值。管線對影像所做的其他一切——校正、去拜耳（debayering）、色彩分級、格式轉換——都從這個數值開始，每個單元一個。

4.5.3. 飽和

光電二極體在其儲備被完全耗盡前，所能釋放的電荷量有一個上限。超過該點後，像素便飽和了——額外的光對記錄下來的電壓不再有任何影響，無論場景變得多亮，該單元都讀出其最大值。

光電二極體在飽和前所能損失的最大電荷量，即為其滿井容量。較大的實體像素能容納更多儲存電荷，因此具有更高的滿井容量，這也是為何採用較小、數量較多像素的感測器，其動態範圍通常低於解析度較低的對應產品。