从CCD（CMOS）看数码单反

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客居南山

资深泡菜

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2004-05-01 00:51

一般的说，CCD（CMOS）对DSLR成像的影响是决定性的，然后才是算法与镜头。如果这个说法成立，那么，我们在选购数码单反机的时候，首先要比较的是CCD（CMOS）的性能。但是，无忌中有关这方面的讨论相对较少。
近来想买一个相机，对E-1和SD10关注较多，因为它们的CCD（CMOS）很有特色。E-1用的是全贞扫描CCD，SD10则使用大名鼎鼎的X3。仅看分辨率测试，E-1，D2H，1D等的确比不上10D，S2甚至D70，300D。但是，E-1，D2H，1D的照片看起来似乎更顺眼一点。是否它们的层次宽容度更出色？是否有比较科学的数据来说明这一点？以下是E-1CCD的数据，希望DX们能提供其他CCD（CMOS）数据。
KAF-5101CE详细规格指标
类型：
5.1 百万像素全幅CCD
色彩滤光镜阵列： GRGB原色

每个像素面积： 6.8 x 6.8 µm

有效像素： 2614 x 1966 (5.14 百万)

有效面积： 17.8 x 13.4 mm

对角线长度： 22.2 mm

长宽比： 4:3

微镜头：有

最高拍摄速率： 4 fps

输出灵敏度： 18 µV/electron

饱和信号： 40,000 electrons

读出噪声： 21 electrons rms (28 Mhz)

暗电流： < 5 pa/cm² (25 °C，累计模式)

暗电流加倍速率： 6.3 °C

动态范围： 66 dB (28 Mhz)

量子效率： 31%，33%，31% (470，540，630 nm)

Anti-blooming Margin
>1000X (1/1000s)

最大数据传输率： 28 Mhz

封装： 32-脚，CerDIP，070" pin spacing

外观面积： 19.7 mm x 15.0 mm

相关标签： D2H E-1 SD10 CCD

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第 1 帖

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客居南山

资深泡菜

泡网分: 44.332

主题: 45

帖子: 6265

2004-06-03 21:13

有一个问题一直萦绕心中，不能释怀。
为什么KAF5101（E-1用CCD）的标称信噪比只有66db，X3（SD10用CCD）的标称信噪比只有61db，而普通SONY INTERLINE小尺寸CCD都能做到90db以上？
这个问题其实很重要，弄清楚后，选择相机就有了一个重要依据。网上也有一些网友提出这个问题，但至今依然没有得到明确回答。无忌高手云集，有些甚至就在日本相机大厂工作，应该有人知道其中奥妙。

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第 107 帖

试试

资深泡菜

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主题: 6

帖子: 2722

2004-06-02 19:55

对于动态范围的解释上帝的仁慈说的是正确的,我认为
试试说的是层次,和动态范围根本没有关系

摄影上提动态范围都是有层次的EV档多少。听说velvia动态范围是多少db吗？

CCD上噪音是决定因素，但AD位数少了无法用到CCD全部范围。

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第 106 帖

gaomx

资深泡菜

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主题: 69

帖子: 1863

2004-06-02 18:52

对于动态范围的解释上帝的仁慈说的是正确的,我认为
试试说的是层次,和动态范围根本没有关系
你局的例子同样是1v的输出电压采样,
两个不同的CCD如果两个都是0ev输出0v,而一个是10ev输出1v而,另一个是20ev输出1v
两个CCD的信噪比一致,当采样大于一定的比特以后再通过增加采样精度
是无法挽救暗处的细节的,也不能增加动态范围.

上帝的仁慈一直没有强调的一因素就是信噪比想同,并且采用精度超过一定的范围.
比如说饱和输出是1v,噪声电压是1mv.那么采用10bits的采样,和采用20bits的采样
结果上不会增加任何的动态范围,只会增加层次.
如果采样一个是10btis一个是8bits当然了动态范围确实不一样.

而目前使用的CCD采样的精度已经可以说够了,动态范围仅由CCD本身的饱和输出灵敏度和
信号的信噪比来决定了.12bits的动态范围最大可以达到胶片的12ev,可以和黑白相比了.
普通CCD的动态范围大概在5-6ev而以.所以增加采样精度已经对动态范围
没有任何作用了.

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第 105 帖

独色

陈年泡菜

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主题: 97

帖子: 12943

2004-05-15 15:30

很多年没有做过计算题了。
记得如果是计算电压的话，60db是(20log10 10^3)即1000倍，3db约2倍，6db约4倍，66db大约4000倍吧。也可能记错了。用DB表示的一个很重要的原因就是要与人的感觉相对应。

[独色编辑于 2004-05-15 15:34]

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第 104 帖

Abcd1981

泡菜

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主题: 49

帖子: 828

2004-05-15 10:39

可能这样的

[Abcd1981 编辑于 2004-05-15 10:41]

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第 103 帖

brainwash

资深泡菜

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主题: 69

帖子: 15860

2004-05-14 14:31

嘿嘿，那么请问Abcd1981，66dB到底是个什么数量概念呢？

独色所说
//的胶片的宽容度和芯片的动态差不多应该是同一回事儿，即S/N。我们希望的是最小的噪音和最大的有效输出，即最暗和最亮之间的范围。当然中间的线性也要好。
//
这点恕不能认同，噪音可以是本底的，也可以是诱发的。

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第 102 帖

Abcd1981

泡菜

泡网分: 25.517

主题: 49

帖子: 828

2004-05-14 13:15

66dB乘31%=21dB
--------------------

认错认错！！！
大意，确实错了！！！
－－－－－－－－－－－

“这个斜率对应于量子效率，可以理解成一个光子打在CCD上能够产生多少个电荷，显然这个值是越高越好。量子效率越高，ISO越能提高，噪声越小。”－－mcv

这句话能解决大家存在的疑惑，包括我在内，它的隐藏含义更重要：电性能“动态范围”高的CCD（CMOS）光“宽容度”不一定高，也就是说不能只比较CCD（CMOS）的电“动态范围”来定照片上的黑白容纳力！我个人觉得！

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第 101 帖

mcv

资深泡菜

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主题: 13

帖子: 2931

2004-05-14 12:45

嘿嘿，虽然各有各的算法，但是对的可只有一个。

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第 100 帖

brainwash

资深泡菜

泡网分: 29.264

主题: 69

帖子: 15860

2004-05-14 11:50

不能再讨论下去了，煞车吧！

DB是怎么算的都各说各话，还有什么可讨论的？

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第 99 帖

mcv

资深泡菜

泡网分: 4.573

主题: 13

帖子: 2931

2004-05-14 10:30

嘿嘿，动态和宽容度都是一个比，是作除法而不是减法，所以斜率多少与宽容度正好没关系，不要看上去窄了就认为宽容度减小了。

这个斜率对应于量子效率，可以理解成一个光子打在CCD上能够产生多少个电荷，显然这个值是越高越好。量子效率越高，ISO越能提高，噪声越小。

由于采取了以下措施，CMOS传感器可以获得高质量图像：1.像素采样噪声抑制；2.减小电路噪声对像素噪声的影响；3.抑制共模输入和基片噪声；4.排除模拟通路漂移；5.降低量化噪声；6.减小暗电流；7.提高量子效率。前5个措施可以通过优化电路设计而实现，后两个则由工艺过程来决定。

虽然是对CMOS而言，但是对CCD一样有效。

CCD/CMOS接近人眼真是不知从何谈起了，人眼对光的响应是对数的，CCD/CMOS则是线性的，没看出来有什么接近。CCD/CMOS都能接受到红外线紫外线，人眼行么？

[mcv 编辑于 2004-05-14 10:39]

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第 98 帖

独色

陈年泡菜

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2004-05-13 22:39

图像传感器的动态当然与输入光线的范围有关，而不是仅仅只看本身的最大输入和噪音。陡的那根动态其实很小，太灵敏了，作为图像传感器的感光性一定要与人眼的感光特性相近才有意义。目前CCD和CMOS芯片对光线的感应性与人眼最接近的，又相对便宜、容易制造。其斜率是基本固定的，目前重点是解决暗电流（噪音）和饱合的问题，前者有助于扩展对弱光的感应能力，后者可提高对强光的接受能力。

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第 97 帖

mcv

资深泡菜

泡网分: 4.573

主题: 13

帖子: 2931

2004-05-13 19:02

上帝的仁慈：呵呵，你仔细想想宽容度的定义，你就会发现两种情况下宽容度是一样的。还有，注意纵轴是电荷不是电压，所以没电容什么事情。

Abcd1981：这... 开句玩笑，像阁下这般计算dB的只怕我还是第一次看到，大概可以算是一大创举了 ^^b

[mcv 编辑于 2004-05-13 19:08]

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第 96 帖

Abcd1981

泡菜

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主题: 49

帖子: 828

2004-05-13 16:42

MCV
呵呵，为什么考虑了这么多参数，唯独把量子效率丢在一边？这也很重要啊
------------------------------------------------------------------

我明白了，我那图里的红线斜率可能就是量子效率，
由动态范围（电）和量子效率共同决定照片宽容度。

E-1指标
动态范围： 66 dB (28 Mhz)
量子效率： 31%，33%，31% (470，540，630 nm)

以470nm红光为例宽容度=66dB乘31%=21dB
什么含义? ----E-1的光容纳力(从全黑到全白)为21dB,超过这个范围就是死黑和死白.

(对了,也有可能宽容度=66dB除31%,具体看定义)

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第 95 帖

Abcd1981

泡菜

泡网分: 25.517

主题: 49

帖子: 828

2004-05-13 16:14

多谢上帝的仁慈，回头细看了上帝的仁慈和众网友的讨论，收获颇多，这个贴做为一个CCD科普教育也不为过.顶!

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第 94 帖

上帝的仁慈

资深泡菜

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帖子: 2496

2004-05-13 15:59

MCV，对，当然是过原点的，这点很容易用定性来理解；

但是你说的那个线性陡的早饱和的反而好，我就不大明白了。很低的光照宽容度它就饱和了，后面的光线全部损失了，动态范围怎么可能好呢？

相同材料的光电转换效率，这根线斜率越陡，电容越小；越缓，电容越大。

其实换个角度说，两种斜率的线性空间，对于这样的三角形，一定是右斜边的长度要长，
而这个长度，就是我们能利用的SENSOR感光输出范围，就是我们所说的CCD动态范围。

噪音和饱和之间那根线的长度，就是动态范围，越长越好。

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第 93 帖

mcv

资深泡菜

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主题: 13

帖子: 2931

2004-05-13 15:45

上帝的仁慈：

理论上不是这样的，CCD中间线性部分延长之后是过原点的，这点很重要。

红的曲线没问题，但是绯红的曲线就不对了。

并不是曲线越陡的CCD越差，正相反，越陡的CCD越好

[mcv 编辑于 2004-05-13 15:48]

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第 92 帖

上帝的仁慈

资深泡菜

泡网分: 35.661

主题: 76

帖子: 2496

2004-05-13 15:34

我觉得ABCD1981的图比较形象：
理论上应该就是这么回事情。

但是现在大多CCD/CMOS斜率都一样的，因为SENSOR系统设计的时候，都是向宽容度最优方向设计的，制造工艺上，斜率是人为可以确定的（最优的），一旦设计完成，这个斜率的角度，制造上不会有任何困难，但是动态输出范围就是硬指标了，各厂家工艺先进程度不同，差距就出来了。

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第 91 帖

Abcd1981

泡菜

泡网分: 25.517

主题: 49

帖子: 828

2004-05-13 15:21

上帝的仁慈:
动态范围和宽容度应区分讨论, 我这种想法是否正确?

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第 90 帖

mcv

资深泡菜

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主题: 13

帖子: 2931

2004-05-13 15:12

应该是这样的，两者的宽容度正好是一样的。但是考虑到其他因素，量子效率越高的CCD（越陡）越好。

ft，又忘记显示大图了

[mcv 编辑于 2004-05-13 15:16]

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第 89 帖

Abcd1981

泡菜

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帖子: 828

2004-05-13 14:57

z再来

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第 88 帖

Abcd1981

泡菜

泡网分: 25.517

主题: 49

帖子: 828

2004-05-13 14:53

我把脑子里的想法画了一个图.

看红和绯红两条曲线，即使动态范围相同得CCD(CMOS),其宽容度相差很大.

纯属猜想,有待考证!

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第 87 帖

独色

陈年泡菜

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主题: 97

帖子: 12943

2004-05-13 13:28

胶片的宽容度和芯片的动态差不多应该是同一回事儿，即S/N。我们希望的是最小的噪音和最大的有效输出，即最暗和最亮之间的范围。当然中间的线性也要好。

动态范围是模拟量，越大越好（前提是能造得出来且够便宜），这是决定性的。而采样精度是模数转换，主要影响精度和层次，影响细腻度、柔和度。二者是不一样的。我觉得试试朋友的理解有问题。

CCD或CMOS不直观，用话筒录音可以帮助我们理解这二者的区别。KTV大家都唱过的，那种话筒不用力唱就没声，但稍用力唱又破了。你换个贵点儿的麦试试，同样的放大，唱得就要轻松多了、声音也靓多了。

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第 86 帖

mcv

资深泡菜

泡网分: 4.573

主题: 13

帖子: 2931

2004-05-13 12:40

上帝的仁慈:如果我没搞错的话，你说的基本上就是量子效率

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第 85 帖

上帝的仁慈

资深泡菜

泡网分: 35.661

主题: 76

帖子: 2496

2004-05-13 12:22

Abcd1981

“胶片的宽容度和CCD(CMOS)的动态范围是两码事,前是光的容纳能力,后是电的容纳能力,两者在CCD(CMOS)有一条光-电传感曲线,就算有个大动态CCD,但其曲线不佳,两三档的光比就把整个动态范围占满了,那么这样的CCD(COMS)对摄影来说没用. ”

我们所要讨论的当然是这段线性范围内的动态范围了。

“所以即使动态很低CCD(CMOS)的,只要它对光的容纳能力好(光-电传递曲线好),采样跟得上,那么就能出好照片,展现从暗到亮宏大场面.”

还要补充：噪声指标也要低，否则没用。

而实际上，从CCDCMOS制造工艺上来说，好的CCD，输出范围大，线性也好，同时噪声也低
，必然其动态范围大，从制造方向上来说，单纯追求其中之一是吃力不讨好的事。

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第 84 帖

Abcd1981

泡菜

泡网分: 25.517

主题: 49

帖子: 828

2004-05-13 12:10

我来胡说几句,最近一直在思考这个问题.

   胶片的宽容度和CCD(CMOS)的动态范围是两码事,前是光的容纳能力,后是电的容纳能力,两者在CCD(CMOS)有一条光-电传感曲线,就算有个大动态CCD,但其曲线不佳,两三档的光比就把整个动态范围占满了,那么这样的CCD(COMS)对摄影来说没用.

    CCD的宽容度(好像现在没有一个厂商敢提这个概念)是动态范围的前提,动态是采样精度的前提.一个吃一个,前者才重要,后者只是保证.前者不良,后再强也没用,举个例子,广播级的声源用96KHz/24bit采集,也不会是HDCD效果.(重在前)

    所以即使动态很低CCD(CMOS)的,只要它对光的容纳能力好(光-电传递曲线好),采样跟得上,那么就能出好照片,展现从暗到亮宏大场面.

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第 83 帖

zf12345

泡菜

泡网分: 8.21

主题: 12

帖子: 54

2004-05-07 22:11

X3 的动态范围只有61db，这会不会是SD9/10噪点严重的原因。
http://www_alt-vision_com/documents/F7%20Product%20Brief_011403_2Page.pdf

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第 82 帖

MAgents

泡菜

泡网分: 24.938

主题: 18

帖子: 356

2004-05-07 13:11

色彩分辨率或色彩层次主要和什么相关呢？

x3的芯片出的照片数码味较淡（风景）是不是因为它的色彩分辨率（色彩层次）较好？

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第 81 帖

上帝的仁慈

资深泡菜

泡网分: 35.661

主题: 76

帖子: 2496

2004-05-06 11:14

https://forum.xitek.com/showthread.php?threadid=216552

[2004-05-06 11:34 补充如下]

下面的链接是一个反面教材：
https://forum.xitek.com/showthread.php?threadid=216557

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第 80 帖

mcv

资深泡菜

泡网分: 4.573

主题: 13

帖子: 2931

2004-05-06 00:07

这个问题没意义，我们买的是相机不是CCD/CMOS，除非你打算自己开发数码相机。

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第 79 帖

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