这一回来说拍鸟与光子噪声的关系。

光子噪声（Photons Noise），也叫光子散弹噪声，是接收到的光子数随机分布产生的噪声。

人人都知道光，但光究竟是个什么东西，现在科学还没有完全、彻底搞明白，只知道它具有波粒二象性，既是电磁波，也是粒子束。CMOS的光电效应就是利用了光的粒子性，接收光粒子（Photons、光子、光量子），转换成电子，输出电流。再把电流A/D变换成数字，就是RAW的原始数据。

光源发出的光子数越多，光的能量越大、功率越大。单位面积、单位时间接收到的光子数越多，说明光越强、照度越大。光的能量（光强、照度）一定，总的接收面积越大，接收到的光子数越多，总的接收时间越长，累计接收到的光子数越多。CMOS接收光子并把光子转换成电子的效率越高，输出电流越大，RAW的数值越大。

上面这些都好理解，还有一些不太好理解的，比如，光子数与发光频率有关，相同能量（功率）的光源，光的频率越低，光子数越高，光的频率越高，光子数越低。由此推论，色温高的光源，含高频率的蓝色光多，低频率的红色光少，光子数少，而低色温光源，含高频率的蓝色光少，低频率的红、黄色光多，光子数多。这个结果是不是很奇妙，

从数码照相机的CMOS中选取一个像素点，开启快门，接收光子，关闭快门，停止接收。因为光源发出的每个光子，初始时间都不同，即使快门速度非常准确，接收到的光子数也不完全相同。

比如三次快门记录的光子数为，100、98、102，这个光子数的偏差（2），就是光子噪声。
比如三次快门记录的光子数为，1020、1000、980，这个光子数的偏差（20），就是光子噪声。

光子噪声有个特点，光子数越多，偏差越大，光子噪声越大。但是对照相机来说，信号就是光，光子数越大，说明信号越大，信噪比反而越高。

量子学表明，如果光子数是N，光子噪声是√N（N的平方根），光信号的信噪比是N/√N=√N，也是N的平方根。

噪声与信噪比一样大，都是√N，这也很奇特，

如果对照相机统计、分析光子噪声，不会拍几十万张照片当作统计样本，通常的做法是，把每个像素接收到的光子数当作一个样本，以像素数做样本空间来统计、分析光子噪声。

这样一来，就有以下结果：一张照片中明亮的部分（高光），对应景物的光强大，在CMOS上的景物局部对应的照度高，光子数多，信噪比高。照片中黑暗的部分（阴影），说明景物暗、亮度低，光子数少，信噪比低。所以就会感觉照片阴影部分的噪点多，明亮部分噪点少。

照度（亮度）相差1倍，光子数相差1倍，信噪比相差3db。（照度×2，光子数×2，信噪比加3dB。照度×1/2，光子数×1/2，信噪比减3dB）。

单个像素面积等于CMOS面积除以总像素数。单个像素面积（像素密度）相同，像素数越多，照片越大。如果固定照片尺寸（固定最终照片的像素数），高像素缩图到低像素，最终照片的像素面积相当于按缩图比例等效放大，所以缩图可以提高光子噪声的信噪比。

对缩图来说，像素数相差1倍（边长相差1.414倍），相当于像素面积相差1倍，相当于光子数相差1倍，信噪比相差3db。

如果固定光圈，CMOS上的照度不变，此时提高ISO，照片会更亮，但是CMOS上像素接收到的光子数没有改变，所以不会改变信噪比。ISO本质上就是个内部放大器，放大信号的同时也放大了噪声，信噪比没变。同样的道理，后期对照片修改曝光、局部提亮都不会改变信噪比。

既然ISO与光子数、光子噪声、信噪比没有关系，为什么又经常用ISO来说明光子噪声？

曝光量H=E×T，E是CMOS上的照度，T是快门开启的时间。假如按照这个曝光量曝光，照片亮度合适，ISO的数值就是ISO=10/H，ISO就是这样规定、计算出来的。

用照片亮度合适时的ISO就能推定曝光量H，而曝光量H、E、T都与光子数、信噪比有关，所以照片亮度合适的ISO，正好对应光子数、信噪比的变化，ISO相差1级，说明曝光量相差1级，光子数相差1倍，信噪比相差3dB。

ISO取值大于10/H，照片更亮，ISO取值小于10/H，照片更暗，但是ISO变化并不能改变曝光量。

这里顺便说一咀曝光、曝光量、曝光值，它们是完全不同的东东，初学摄影往往容易出错。

曝光量（Exposure）是H，H=E×T，E是COMS上的照度，T是快门开启时间。照度E=0.65×B / A ^2，B是景物亮度，A是光圈F系数。

曝光值（Exposure Value）就是EV，是把光圈、快门、ISO、景物亮度（光源照度）做指数换算后的一个体系，在这个体系中光圈对应AV，快门对应TV，ISO对应SV，景物亮度对应BV，曝光值的公式为EV=AV+TV=BV+SV。显然，曝光值与曝光量完全不一样，不是一回事。

曝光指的是遵从曝光量、曝光值规律的曝光法则（Exposure rules），实际上说的是照片亮度变与不变的规律。

比如，开大一级光圈，减少一级速度，曝光一样；或者，开大一级光圈，减少一级ISO，曝光一样；或者，加一级曝光补偿可以提高一级照片亮度。

说曝光一样，既不是说曝光量一样，也不是说曝光值一样，而是照片亮度一样。说欠曝光、过曝光，并不一定是曝光量过少、过多，可能是ISO不对，照片亮度太暗、太亮。

请谨记，与光子噪声有关的是曝光量，曝光量相差1倍，光子数相差1倍，信噪比相差3dB。如果开大1级光圈（CMOS上的照度×2），或者降低一档快门速度（接收光子时间×2），光子数都会增加1倍，信噪比能提高3db。如果照片过亮，可以降低ISO，或者RAW后期解码减少曝光，这都不影响信噪比，这就是向右曝光的理论依据。当景物亮度不足时，优先的方案是补光，可以提高信噪比，提高ISO只是提高照片亮度，不会改善噪点。

前面说过，色温高的光源，含高频率的蓝色光多，低频率的红色光少，光子数少，而低色温光源，含高频率的蓝色光少，低频率的红、黄色光多，光子数多。但仔细计算就会发现，大约在5500K日光色温时，光子数最少，2800K比5500K的信噪比高大约0.7dB。

光子噪声的原理，对拍鸟来说，有哪些用处？

首先，尽量使用大光圈、低速度，增加曝光量，提高信噪比。不能像拍普通照片那样，随便给个光圈、速度，ISO自动。拍鸟，就算是使用了最大光圈，也得仔细估计出个最低的快门速度。

当拍摄距离远时，景深的范围大，应该尽可能使用最大光圈。远距离追踪飞鸟，一开始我习惯使用1/2000，后来发现，如果追踪熟练，鸟头在CMOS上的相对运动速度并不快，用1/1000，甚至1/500，都能很好地冻结头部，而翅膀的运动模糊反而能突出氛围。从1/2000到1/1000、1/500，信噪比提升3dB、6dB，相当于ISO降低了1级、2级，效果改善非常明显。

近距离拍摄，鸟在片中占比较大，后期缩图比例大，比如阿三，如果鸟占满画面，缩图到2025×1350，像素数从4200万缩到270万，信噪比会提升12dB，相当于ISO降低了4级。这样的情况下，拍摄距离近，景深往往不够，噪声大一点不要紧，所以可以提高ISO，减小光圈， 扩大景深范围。

鸟的毛色在拍鸟中也很关键，白鹭容易过曝溢出，很多人会欠曝光，而乌鸫，黑色的羽毛容易噪点明显。所以拍鸟时的曝光、曝光补偿很重要，这一点，不拍鸟的键盘摄影师不懂。

拍鸟分蹲守和游走，如果仔细观摩拍鸟大师的鸟片，很多大师蹲守方式下习惯M档，按照背景控制曝光。具体说，点测背景，把背景控制在合适的影调，这样背景上的鸟的曝光就自然合适了。比如，蹲守白鹭，只要背景控制在影调3（点测背景，减2级曝光），白鹭无论如何也不会过曝。如果蹲守鸬鹚（黑色羽毛），水面是背景，点测水面，加1级或者2级曝光。

这里顺嘴说一句点测联动，有人把点测联动吹得呜嚷呜嚷的，甚至说点测联动是拍鸟神器，举例大师们都使用点测联动，这是糊涂的误解。对背景测光，有点测联动的可以移动对焦点，没有点测联动的可以移动照相机。一旦开拍，手动曝光下，并不是按照现在的联动测光点曝光，只有在A、S、P这样的自动档，才会按照现在的点测联动曝光。请注意观摩有多少拍鸟大师是使用点测联动，同时使用自动曝光档拍鸟的。

总之，拍鸟，尤其是飞鸟，长焦镜头口径小、快门速度高，比拍一般照片的曝光量相对比较小，对光子噪声更敏感，搞清楚光子噪声的规律就更为重要。
本帖最后由 rivershaw 于 2019-12-3 05:41 编辑

这个贴比那些什么万言书之类的东西强大概也许差不多一万倍左右吧

这帖子居然没加精？索尼区的版主啥时候能换两个真正使用索尼、了解索尼、喜欢索尼的人。

最近天气太差了，改天天好了试试。

你好，这个在那里设置？没找到呢主。主要是那个下限 109+，在那设置啊？拍RAW格式时，用那个设置？
本帖最后由 七色色影 于 2019-11-30 10:32 编辑

阿四应该是ISO 100和ISO 400两档起跳。另外按评测说24-70GM在阿四上表现不好，我的感觉倒不觉得。

可能不会换阿四，前面说过，估计140GM在阿四上分辨率改善有限。长草428、640很久了，如果配阿四可能会好不少。

但是看了140GM的脚架固定方式，顿时没了购买欲望。连接镜头脚，全凭4颗还没有牙签粗的螺丝，牢靠性堪忧。看了640，也是如此，估计428也一样，



以前有个帖子，拂晓版主发的，我当时从照片上看，还不相信螺丝会如此细小。SONY，啊，SONY，
https://forum.xitek.com/thread-1746683-1-1-1.html

没有R4的机器就不敢乱说，

拜读楼主的强文，非常感谢。希望有机会能出点a7r4的相关文章。

好的。问个其他问题哈，每秒6张和每秒8张对于运动抓拍差别大吗？

谢谢！虽然看不懂：）

多谢指导！

从这一回开始，来说拍鸟。拍鸟我算是新手，2016年才开始学习拍鸟。从拍片的技法来说，拍鸟难在往往只有一个曝光组合是合适的，还要快速决定，不像拍风景、人像，曝光组合有个范围，可以慢慢来。

比如拍呆鸟，太近，鸟飞了，太远，数不了毛。比如拍飞鸟，快门慢了模糊，快门快了，噪点太多。有时候碰上傻呆鸟，距离很近，结果拍出来景深又不够，该清楚的地方模糊了。还有，镜头焦距越长，拍出来的鸟越大，但是视角越小，对准、追踪飞鸟越难。

为了找出拍鸟失败的原因，特地制作了一个Excel的计算器，能综合各种因素，找出合适的方案，也能比较不同照相机、不同镜头搭配的优劣。

需要强调的是，一般的评测都是使用整个画面，但对拍鸟来说，把鸟拍满画面非常不容易，如果能拍满画面，手机也能拍出数毛的好鸟。通常情况是，鸟的大小只是照片中的一个小的局部，一旦从照片中挖出这个局部，几乎所有的评测结果都会被颠覆。


首先，要确定鸟片的合适像素数，就是照片上鸟的大小需要多少像素。当然像素越高越好，但想要像素高，距离就得靠近，鸟的警觉性很高，往往距离靠不了太近。

综合考量，我确定为600万像素，就是3000×2000，其中鸟的面积在1/4左右（鸟的长度占1/2、头尾各留1/4空间），鸟平均有100多万像素。这样的照片，最终缩图到250万左右足够锐利，基本都能数毛。

最终照片，我习惯横幅为3:2、 2025×1350，273万像素，竖幅为4:3、1350×1800，243像素，打印成A3大小没有问题，网上交流控制一下JPEG的压缩率也没有问题。


拍鸟，牛头和狗头区别很大。一般来说，牛头好在分辨率高、口径大。分辨率高，可以从画面中挖出一个鸟的局部，意味着可以拍摄距离更远。口径大，意味着相同曝光量，快门速度可以更快，有利于冻结飞鸟。相同的快门速度下，镜头光圈越大，ISO可以更低，噪点更少。

实际上对拍鸟来说，狗头与牛头的区别，本质上在于允许的最远拍摄距离，牛头可以拍摄距离更远。这是我以前没注意过的问题，计算后才搞明白。

除了牛头与狗头的分辨率区别，照相机的分辨率（像素数）也是一样的道理，如果把镜头、照相机综合考虑，参考DxO给出的可视像素数是个非常好的指标。

比如，阿三是4200万像素，使用140GM镜头，实际的可视像素数为3600万像素，就是说，把4200万像素缩图到3600万像素，照片才是真正清楚的。

比如，sony有一只镜头，70-300mm/F4.5-5.6 G OSS，在A7R2上，DxO给出的可视像素数为2400万像素，就是说，即使机身有4200万像素，配合这只镜头，拍出来的照片，必须缩图到2400万像素才是真正清楚的。

所以，不管照相机的像素数有多少，理论计算的第一步就是把照相机的像素数，根据使用的镜头，换算到可视像素数，再从可视像素数像素中，挖出一个600万像素的鸟片。

这样计算，这个挖出来的600万局部，对应的等效焦距，阿三加140GM是980mm，而阿三加70-300mm/F4.5-5.6 G OSS是600mm。显然，如果把鸟拍成一样的像素数，140G可以距离更远。

比如，把一只展开翅膀的飞鸟（翼展100厘米），加上头、尾留出的空间，按照200厘米的范围计算，拍成3000×2000像素，980mm等效焦距的拍摄距离是55米，600mm等效焦距的拍摄距离是34米。

这就是不同镜头分辨率在拍摄距离上的区别。

如果分析噪点，拍鸟的主要噪声是光子散弹噪声，这个东西有点复杂也很饶人。如果就以ISO的数值来判断噪声大小，ISO越低就算噪声越小，那么假定我们每次都使用的是能冻结飞鸟的最低快门速度，每次都使用镜头最大光圈，就有：

光圈孔径越小，需要ISO越高，ISO与光圈F系数的平方是线性关系；
从照相机原始像素缩图到可视像素，相当于增大了单个像素的面积，减少了光子散弹噪声，相当于降低了ISO，等效的ISO与缩图比例的平方是线性关系。

而600万像素挖图不改变光子散弹噪声，不影响ISO。

理论上说等效焦距越大，快门速度要求越快，ISO会越高。但是这里讨论的等效焦距比较特殊，是综合了可视像素数、挖图大小的等效焦距，这种情况下，等效焦距大小相差不大，在等效ISO的时候就没有考虑快门速度的影响了，就是假设都使用的相同快门速度。

CMOS的噪声指标，我参考DxO的Sports指标，它实际上是特定信噪比（30dB）下的可用ISO。这个可用ISO越高，说明噪声越小，信噪比越好。DxO的这个数据是800万缩图后的，我使用时换算回100%像素，因为挖图是从100%的像素挖图。

狗头的分辨率低，但缩图比例大（相当于增大单个像素面积），有利于减少光子散弹噪声；同时，镜头口径小，使用最大光圈时，需要的ISO高，增大了光子散弹噪声。牛头的情况正好与狗头相反，究竟谁的信噪比更好？不仔细计算，很难得到准确的结果。

最后再来看近距离拍鸟时的景深问题。网上可以找到各种景深计算公式，但大部分都是按照固定画幅、固定弥散圈计算出来的，并不适合600万挖图的情况，应该按照像素弥散圈的大小重新确定景深。

比如，一个10厘米大小的鸟，加上头尾空间，按照20厘米拍成3000×2000像素，用阿三加140GM的400mm、F5.6拍摄，拍摄距离是5.84米，如果允许1个像素的模糊（弥散圈为0.005mm），前、后景深都是5mm，此时，必须对鸟眼睛对焦，否则眼睛就不清楚，照片看起来不舒服。如果从3000×2000缩图到2025×1350，允许1个像素的模糊（弥散圈为0.007mm），前、后景深都是8mm。

如果2025×1350照片允许4个像素的模糊（弥散圈为0.029mm），前、后景深都是30mm，这与常规景深计算器的结果一致，此时如果按照60mm景深范围，没有对焦鸟眼睛，而是对焦到鸟的身体，很可能照片上的眼睛就不够清楚。

简单介绍一下计算器的使用方法。

计算器分为上、下两个部分，上面用于计算允许的最远拍摄距离和景深。下面的用于拍摄距离确定时，实际照片大小、景深、噪声的数据分析。

黄色部分是需要输入的数据，其中，ISO（DxO）是DxO的Sports数值，可视像素数是DxO的Sharpness（P- Mpix），黄底红色的数字是DxO没有的数据，为估算值。裁切照片像素是从画面中挖出局部的像素数（Mpix）。主景物尺寸是包括鸟头尾预留空间的尺寸，比如鸟长30厘米，主景物尺寸可设60厘米，对应局部挖图的长边。缩图比例是对挖出的局部再次缩图的比例。像素分辨是计算景深时，以几个像素为弥散圈的直径。

计算结果中，等效焦距是用挖图局部计算出的镜头等效焦距。等效ISO是个相互比较的相对值，不是实际使用的ISO。类似DxO的Sports，等效ISO越大越好，在相同信噪比时可用的ISO越高。

下面分析一下不同画幅、不同相机、不同镜头的分析结果。

不同画幅比较时，全幅与M43有以下关系，全幅的400mm/F5.6与M43的200mm/F2.8存在等效。把可视像素数设成CMOS的全部像素（模拟理想镜头），把裁切照片像素也设成CMOS全部像素，就是整个画面比较，不做挖图，缩图比例设置成统一缩图到800万像素。像素分辨取2.9（这样弥散圈基本符合标准景深公式）。


结果与我们已知的知识吻合。数据中M43的E-M1II的等效ISO高出大约0.5EV，原因是其CMOS的光电转换效率高，使照片的光子散弹噪声更小一点，可以参考DxO的SNR18%数据对比。


再来看A7R3+140GM与E-M1II+340、E-M1II+340+1.4x的对比。DxO没有340镜头的可视像素数数据，估算一下，应该比12-40mm/F2.8高，比75mm/1.8低，取为13 Mpix。也找不到1.4x增距镜的数据，参考佳能内置1.4x的牛头200-400mm/F4数据，1.4x使可视像素数下降到大约0.54倍，取7 Mpix。


在全部画面参与的对比下，三个系统的等效焦距是400mm、600mm、840mm，而在600万像素挖图时，等效焦距相差不大，都是接近1000mm，最远拍摄距离区别也不大。

如果拍摄距离是50米，M43占信噪比的便宜，主要原因是F4比F5.6大了一级光圈，而1.4x仗着天生的等效焦距大，缩图比例更大。


在这样的挖图模式下，全幅没有明显优势，总像素数高的优势只能体现在等效焦距上，像素密度低只有一点点好处。如果把阿三的镜头焦距提高到M43的等效焦距水平，等效ISO立刻就能超越M43。

再来看下面两只镜头的对比，A7R3+70-300mm/F4.5-5.6 G OSS与E-M1II+75-300mm F4.8-6.7 II 。受等效焦距的限制，最远拍摄距离都只有30多米，在相同拍摄距离下。全幅仍然是不占优势！只有拍摄距离不同，全幅更近时，才有明显优势。


可以关注一下表格中的视角覆盖率，视角覆盖率100%时，就是把鸟拍满画面，前面说过，能把鸟拍满画面，全幅就有绝对的优势，因为一般来说总的像素数更高。

反过来说，如果是飞鸟，把鸟拍满画面是非常、非常困难的，此时，全幅反而有优势，因为取景视角更大，比如，50米拍摄距离上，A7R3+140GM，视角覆盖率44.8%，E-M1II+340，视角覆盖率69.6%，显然前一个组合更容易跟踪住飞鸟。而E-M1II+340+1.4x，50米距离上，视角覆盖率97.7%，鸟已经满框了，稍不留神就会爆框，没法追踪飞鸟。

最后，来对比一下140GM搭配A7R3、A7R4和A9的情况。我推测，140G在 A7R4上的可视像素数可能只比A7R3的36Mpix高一点点，因为蓝拓曾有个测试，对比140GM与佳能的新大白，新大白转接到A7R2上比140GM的分辨率更高，而DxO有新大白在5DSR上的数据，24Mpix，所以我猜140GM在A7R3上的36Mpix已经是天花板了，A7R4的像素数再高，可视像素数也提高不了，高估一下，给个38Mpix。


A9的像素数低，导致这种挖图方式的等效焦距短，所以在50米的拍摄距离上，达不到挖图需要的600像素，只有大约420万像素。

最有意思的是增距镜，加了增距镜到底好不好，如果好，到底能好多少？比较佳能5DSR+200-400mm/F4，内置1.4x增距镜的情况如下。


显然，最远拍摄距离、等效焦距、等效ISO改善都十分有限。非要说使用的意义，只是能使原始照片的总像素数多一点，按可视像素数算，改善几乎可以忽略。

我最早弄这个计算器主要是用于预估景深，结果越搞越复杂，弄成了现在这个样子。最后还是回归最早的心愿，来看看景深吧。


拍鸟计算器（Excel）：
链接：https://pan.baidu.com/s/1OgJKx0jTMTeKkAPkK3-q-A
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