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我們在上一期講了時域多幀HDR技術--Digital Overlap. 現在在監控領域的WDR sensor主要採用這種技術，如下圖，利用不同的sensor曝光（藍色線所示）覆蓋不同的動態範圍，再把多曝光圖像stitching起來（紅色線所示），達到最大的動態範圍輸出。Sony的imx290，OV的ov4689都是這個類型典型sensor。
車載領域也廣泛使用Temporal domain HDR技術，但是隨著車載相機在ADAS與自動駕駛領域的迅速發展，對圖像質量有著特別的需求，導致Temporal domain HDR技術不能滿足需要。車載比較典型的兩個IQ需求是不能有motion artefact 和 LED flickering。
motion artefact
LED flickering
Temporal HDR 在原理上就存在這些缺陷，所以要解決這個問題就需要使用其他的HDR體制：Spatial HDR技術是現在車載領域的主流解決方案。
比較典型的是Sony sensor（imx390/490）採用的Subpixel技術與OV sensor（ovx1a)採用的split pixel技術，他們都屬於SpatialHDR技術範疇，其基本原理是一致的。
1.大小pixel的分離結構
與普通CFA的不同，大小pixel技術的sensor在相鄰位置有一大一小兩個pixel，他們空間上非常接近，可以認為對空間採樣相同。
由於pixel的大小不同，物理上的sensitivity不同，FWC也不同，會產生與時域HDR一樣的不同曝光效果，形成了對不同動態範圍的覆蓋。如下圖可以看到LPD（Large Pixel Diode）與SPD（Small Pixel Diode）是如何擴展動態範圍的。
2.大小分離pixel的電路設計
典型的大小分離pixel的電路如下圖所示
SPD和LPD分別用黃色的二極管標出。CGC（conversion gain control）與TG（transfer gate）控制了photo diode 向FD充電，當TGs使能時，FD接收SPD來的電荷，RS會使能讓FD的電荷轉存出來。然後當TGL使能時，FD接收LPD來的電荷，RS會再一次使能讓FD的電荷轉存出來。RST負責在每一次轉存後把FD電容清空。這樣的電路結構就實現了LPD和SPD的分別讀出。這個部分的電路時鐘非常快，所以可以認為大小像素是同時曝光的。後面的讀出電路也會把大小像素同時讀出，由下圖可見，T_lpd與T_spd是同時的。
3.大小像素HDR與時域HDR在motion artefact上的比較
由下圖可以看出基於大小像素的HDR與時域HDR在拍攝運動物體上的motion artefact比較。
左圖是基於大小像素的圖像，完全沒有motion artefact，右圖是時域HDR，可以看到明顯的motion artefact。
對於這種更挑戰的場景，舞廳的旋轉光球，左圖是大小像素HDR，右圖是時域HDR，可以看到時域HDR的圖像把小的運動光點都混到了一起。
4.大小像素與Dual conversion gain的結合
單獨靠大小像素只能形成兩個曝光的圖像，再結合之前介紹過的DCG技術，在大小pixel分別配合HCG，LCG，就可以形成4曝光。
假設單曝光輸出12bit，曝光比是16，那總共的動態範圍可以達到24bit輸出。
5.兩種場景的切換
如下圖，橫軸是場景的光亮度，縱軸是SNR，紅色曲線是LPD像素的SNR曲線，藍色曲線是LPD像素的SNR曲線。
SPD的飽和點更高，而LPD的低光SNR更高。這兩條曲線說明了大小像素這種設計可以很靈活的適配場景的變化，當場景非常亮的情況，就用大小像素融合輸出，這樣可以擴大動態範圍。
當場景非常暗的情況，就完全切換到LPD像素，因為它的SNR更高。
前段時間有讀者在大話成像QQ交流群裡討論他們在使用大小像素sensor時出現的一些問題，並且把出現問題的圖像上傳到了大話成像論壇，感興趣的朋友可以去論壇進一步閱讀。
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