感光元件 (Image Sensor)
感光元件 (以下簡稱 sensor) 是相機系統中負責「接收光線並轉換為電訊號」的核心元件。
當光線通過鏡頭後，最終會落在 sensor 上，並透過光電轉換機制，將光子 (photon) 轉換為電子訊號 (electron)，進而形成數位影像。
Sensor 是物理世界與數位世界之間的橋樑
像素 (Pixel) 與解析度 (Resolution)
我們需要先複習 sensor 中的兩個重要概念：
像素 (Pixel)
一張照片或影像是由許多像素 (pixel) 組成，每個像素代表一個取樣點。
Minecraft 中每個的方塊 (block) 就像是一個 pixel，只是像素變成立方體 voxel。
解析度 (Resolution)
解析度表示影像中像素的總數量，例如：
- ~2 Million Pixels: 1920 × 1080 (Full HD)
- ~8.3 Million Pixels: 3840 × 2160 (4K UHD)
- ~33.2 Million Pixels: 7680 x 4320 (8K UHD)
像素越高呈現出的畫面越清晰，但實際清晰度仍受鏡頭解析力 (MTF)、sensor 尺寸與像素尺寸等因素影響。
像素尺寸 (Pixel Size)
在相同 sensor 尺寸下：
- 像素越大 → 接收的光子數變多 → SNR 較高 (因為訊號較強)
- 像素越小 → 接收的光子數變少 → SNR 變差 (因為訊號變少)
光電轉換原理 (Photoelectric Conversion)
當光子 (photon) 入射至 sensor 時，會在半導體材料 (通常為矽) 中產生電子-電洞對(electron-hole pairs)，形成可被讀取的電荷訊號。
此過程稱為光電轉換 (photoelectric conversion)，是影像形成的基礎。
- 光越強 → 電子數越多
- 電子數 → 對應影像亮度
最終，這些電子會被讀出並轉換成電壓訊號，再經由 ADC (Analog-to-Digital Converter) 轉為數位影像。
飽和電荷容量 (Full Well Capacity)
Sensor 就像是接收能量的小杯子，每個像素能儲存的電子數量並非無限的，每個像素能儲存的最大容量，稱為：Full Well Capacity (FWC)
FWC 決定了亮部資訊能被保留的上限，當入射光過強，使得電子數量達到這個上限時：
- 亮部資訊超過上限的像素將無法再記錄更多光訊號
- 多餘的光資訊會被「截斷」
- 影像會出現飽和 (saturation)，也就是我們常聽到的「過曝」
P：表示光子 (photons)
e-：表示電子 (electrons)
Photosite (感光單元)：接收能量的杯子，負責收集光子。
* 在實際應用情況時，pixel 是最後呈現出來的一個畫面點，可能是由一個或多個杯子的資料計算而成。不過這裡可以先簡單的理解 1 個 photosite ≈ 1 個 pixel，只是並不是永遠成立。
Saturation Capacity (飽和容量)：單一像素在達到飽和之前，最多可以儲存的電子數量。
延伸理解
- Pixel Size 越大 → 可容納的電子數越多 → FWC 越高
- FWC 越高 → 動態範圍 (Dynamic Range) 潛力越好
