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原创

一些联想，以及一些推理：
像素面积、像素中的有效感光面积，也就是像素的感光面积填充率
感光芯片的像素除了看其像素密度外，还得看单个像素颗粒的大小。CCD芯片像素由于模拟性质，单个像素的感光区域对单个像素所占芯片面积的填充度大，而CMOS芯片的单个像素除了感光部分，周边还有电子部分，占去了一部分像素所在区域的面积。所以虽然D700CMOS单个像素所占的芯片区域面积是645的单个像素所占的芯片区域的1.6倍，但是由于CCD像素感光面积几乎占有所有该像素所占的芯片面积而CMOS像素的感光面积也许只占其所在的芯片面积的1/2，所以高像素密度的CCD单像素的感光面积也许未必比低像素密度的CMOS的小。像素大不大不是关键，看大像素中有效感光面积有多大才是关键！！！此外还要看像素对电荷的容纳能力（这个影响动态范围），不过就目前的技术而言，提高像素对电荷的容纳度，除了增大像素感光面积以外（这一点CMOS做不过CCD，对CMOS而言这样做还有损失分辨率的问题），只有延长曝光时间一途，所以无法达成弱光高速的效果

关于CCD芯片高感质量不佳原因的一些猜想：
假定当前CCD和CMOS使用相同的光电转换器件，在一定的条件下一定的光量转换成一定的电量的能力相当，则可能在暗光环境下，CCD像素所采集的电荷浓度不够高（由于CCD芯片内没有较多的处理电路，因此像素采集的信号可能无法进行现场放大），而且没有在像素层次上立刻转换成电压，在电荷的长途输运过程中（电荷逐列运送到芯片边缘再转换成电压），发生损耗（考虑运输造成的损耗为一定量，则电荷数越高，运输损耗越可以被忽略不计，电荷数越低，则运输损耗越明显），导致其弱光表现不佳。而CMOS由于电量在像素层次就已经转换成电压，没有长程电荷输运过程，则这种损耗就几乎可以忽略，所以CMOS在弱光信号的处理上有着显著的优势！！！此外CMOS由于没有这种电荷的长程输运过程，也具有连拍速度上的优势。
CMOS光量采集能力比CCD小，但是高感却比CCD好的原因
这就是为什么CMOS单个像素的采光量比CCD少得多，而弱光效果却比CCD好得多的原因（但是层次感并不因此提高，有层次，但是和长时曝光效果比，不细腻！），实际上其中并无矛盾。（因此在大光比环境，CCD的暗部细节会有一种武大郎开店效应，暗部由于这种电荷输运损耗而被均化，所以CCD应该在光比均匀，即适当延长曝光时间不至于导致高光溢出的情形下（确保暗部收集到足够能克服电荷输运损耗影响的电荷），才能确保画面的品质均匀，暗部可分辨，而CCD的种种特点，又是不利于弱光的，因此一定程度上看，目前CCD在高速弱光性能（也就是高感）上，基本上可以说是被判了无期徒刑，“黯无天日”，“黯然销魂”，只能等新发明来特赦这个坐了高感（就弱光高速而言）大牢的诺贝尔奖的成果了）

对CCD动态范围比CMOS的大的理解是

CCD的感光像素，由于感光面积比CMOS大许多，电荷容纳体积比CMOS大（如果像素厚度一样的话，其实CMOS的应该要比CCD的小）等一系列原因，因此对电荷的容纳量也大许多。换言之，CCD的大动态范围的优势，只有在充分感光的前提下才能形成——这个也是对弱光高速，也就是“高感”的一个不利消息！所以尼康别扭地被大象素CMOS挡在这里迟迟无法前进，可能是有不得已的苦衷的，而就CMOS而言，像素颗粒一旦变小，如果像素厚度不变的话，电荷容纳区间变小（因此动态范围变小），感光时间要求延长（如果还要确保足够动态范围的话，如果像素变厚的话，也就是损失弱光高速能力），要达成这方面的突破，应该是需要一些特殊技术的，可能尼康在这方面尚未能突破。
关于CCD出片的细节比CMOS出片细节好许多的新的理解
此前本人关于这个有一种理解，即认为其采样拟合过程的差别导致这种现象，但是，这只是一种可能的因素，而且，随者阅历的增长，发现虽然有这种可能性，但是实际上很少有厂家在机身层次实现这种过程。
现在给出一种新的理解：首先前提是光线充足，也就是CCD采光充分，同时现场光比小，电荷输运损失不显著。考虑电荷输运过程中电荷损失量一定，则输出结果将很好保持被摄场景大光线强弱层次。而等尺寸的CMOS像素，和等尺寸的CCD像素比（CMOS的感光面积对整个像素面积的填充率比CCD小很多），由于对电荷的容纳能力低，所以除了因此导致此时动态范围不够以外，而且对光线强弱层次的区分能力也要比CCD差很多（例如你用5个数字区刻画层次区别和10个数字刻画的当然分辨层次的能力要少一倍，这个和分辨率是一个道理，分辨率再高，层次刻画能力低，实际上一定情形下也于事无补，也不利于刻画细节！这就是为什么可区分的动态范围和像素密度一样重要（有的系统虽然能记录最强光和最弱光，但是由于光容纳量-电荷容纳量不够，在这个范围内无法区分出细腻的层次——例如上面的5层次和10层次的区别），为什么CMOS成像虽然在高感方面十分出色，但是画面总给人一种比较生硬的感觉的道理——这个在风景摄影上可能是优点，对乱糟糟的风景可以抓大放小，进行军训，排好队齐步走一二一二一，日落西山红霞飞，泥粉打鸟把坛归把坛归，，强调重点，清晰化整洁化，但是对人像摄影，却是一种严重的缺点，CMOS磨皮了，损失了细节（从层次上的像素密度上，例如佳能的那一堆低像素密度入门机）），也就是无法表现出对象的质感了，具体而言，对范冰冰来说，就无法记录范冰冰那吹弹可破弹性十足的好皮肤了。塑料感十足的皮肤，给人的感觉，不是吹弹可破，而是吹弹可裂，没有水分，干巴了。对于那些CMOS高感机，光比均匀情形下（例如弱光高速环境）的感光度越高，电荷采集量就越低，色彩层次感（这里区别两个关于细节的概念，层次感和细腻度：层次感是指颜色的丰富程度，也就是对灰度区间的分辨能力（这点CCD有绝对优势），细腻度是指分辨率，好的画质应该是即丰富又细腻）也就低——这也就是为什么许多CMOS机高感高速（弱光高速）出片的结果颜色单调无比的原因，而强光高速（也就是光比大同时过度范围明显的情形），这种情形就不明显了！所以高感CMOS机应该不是弱光杀手，而是强光高速杀手！高感CMOS首先摧毁的应该是强光下的脚架和防抖，而不是弱光下的防抖、闪光灯和大光圈——所以尼康出了D3后，还是乐此不疲地不断推出新的闪光灯和大光圈镜头，而且还标高价，而且16-35还装了防抖
不过，考虑前面说过的5层次10层次的问题，在强光下现在的CMOS虽然在暗部细节上比CCD表现得好，但是在除去弱光部分的层次过渡的丰富层度上，应该是远不如CCD的。
一点零食
另外对当前富士系列机器为什么迟迟没有更新的原因的猜想，富士是用CCD的，尼康现在不用CCD了，因此停止了CCD机身的进化，而CCD对机身的要求和CMOS是不一样的，两者大概不能通用，所以富士无法从尼康这里拿新的机身了，富士尴尬了，要么改做CMOS，要么自己搞机身，两个都不容易。其实富士现在最可怜：没人用他的芯片，没人为他设计机身，怎么办？

在分辨率方面哀其不幸怒其不争而已.
不过相由心生,按我个人的观点,其他不敢说,一个人性善性恶,处事是否有原则,是否讲体面讲手段还是不讲体面不择手段这些方面,是可以从面相(包括言行举止)上看出来的。
就这位尼康设计师而言，虽然呆板，但是在这些方面感觉他是一个不错的人。

[ideaarchitect 编辑于 2010-03-12 13:16]

让kemmi兄见笑了。这个其实很难坐实，大概算是茶余饭后，想象推测，聊博一粲而已。道理大概只能算是若隐若现若有若无的，这个和我主贴中的“数理证明和实验验证”不同，那是一是一二是二板上钉钉的，除非上帝忽然修改人类的感官系统或者理念系统，这种板上钉钉的事实恐怕是一时难以改变的
不过从面相上看，这位Takeishi君似乎的确不算十分机灵，而且好像也不像是一位能够进行深刻思维的人（我认为看人的灵气主要看眼神，Takeishi君的目光有些呆滞，但是好像又缺乏自信。（自信的目光可以修改呆滞的目光所传递出来的不灵活的信息的，当然，有的人虽然口气或者行动很自信，但是他的目光往往会泄露他的内心脆弱的秘密，说明他的这种自信不是一种自主的结果，而无非是被外力逼迫出来的，就好像在督战队的枪口下被迫向前冲锋的士兵所产生的那种被逼无奈的勇气））。当然，这个还是猜测、联想，是不能实证也无法否证的东西，茶余饭后，当水果点心，哈哈一笑就可以了！
所以，也许现在尼康传感器的状态，可能和这位研发主管的性格有关。——只是猜测。

感谢kemmi兄参与讨论。
关于这个问题，我在1287贴针对网友修月手的帖子的答复中已经有所说明，请参考。
而你这里表述我的观点，表述的并不准确：因为景深问题还和混淆圆定义等许多因素有关，所以严格的表述应该加上“可能”一词，其得到的景深效果可能是不一样的。

其实这种观点最早应该来自尼康D3传感器的设计主管
http://imaging_nikon_com/products/imaging/technology/scene/24/index.htm他的原话是这样的：
Since the release of the D1, Nikon digital single-lens reflex cameras have been equipped with DX-format sensors. However, we received requests from customers who wanted the same lens angle of view and bokeh as 35mm silver-halide film or who wanted to shoot pictures that evoked the same feel as film, so we began to consider a so-called full-size (FX-format) sensor.
大意如下：
……为了满足用户对35mm胶片机相同的镜头视角和散景效果的需要，以及和35胶片机出片类似的观感，我们开发了FX……
关于这块CMOS的特性，他还说：
In terms of appearance, the sensor is as large as 35mm silver-halide film. In terms of capability, it boasts the same high level of sensitivity as ISO 6400 film (the most highly sensitive film in common use) and has a high-speed performance of 9 frames per second. It also features a wide dynamic range that enables the depiction of smooth gradations from dark areas to light. （也具备宽阔的动态范围，能表现从暗区到亮区的渐变）These are its four principal features.
他说有能表现从暗区到亮区的渐变的动态范围，并不是说有“够宽”的动态范围。

记者问他，未来在开发上有何考虑：

In what direction would you like to take sensor development in the future?

Takeishi:
I feel we did everything we could in this project. However, around the world, technological progress never ceases. Accordingly, I aim to respond to the diversifying requirements of our customers and develop products that go one step further. I want to keep pursuing ever more high-performance technologies.

他回答：我感到我们已经把所有能做到的都在这个项目里完成了。可是，技术进程从来不会停止。我的目标是响应我的客户的差异化需求，未雨绸缪地开发我们的产品。我想要追逐有更高性能的技术。

注意，他说的是更高性能而不是更高品质的基础，潜意识中是倾向速度的。尼康英文网站关于D3的广告是，看得到，就能拍得到。

此外，这个访谈还介绍了此君的业余爱好：
His hobby is motorbikes, but recently he enjoys simply tinkering with bikes more than riding them, as he is an engineer at heart.
他的业余爱好是摩托车，不过近来，让他感到享受的不是骑摩托车，而是思考摩托车，因为在内心，他还是一个工程师。

所以，尼康传感器的问题在这位喜欢摩托车的工程师身上。一个喜欢摩托车的人，哪怕他只是闭起眼睛想像骑摩托车的过程，当然会倾向于速度而不是细节——这个自然和那些喜欢闭起眼睛想像“抽象”美女的朋友不一样，后者是会聚精会神于细节的。

我想，正是因此，所以才有了D700，和D3s，而不是D800和D3x（索尼芯片）。因为他喜欢速度和性能，并且经常觉得已经做到了一切可能做到的事情
我想，尼康的问题部分大概在这位工程师的身上，谁叫他业余爱好摩托车呢？相比如何把飞驰的摩托车拍好，会是他优先考虑的问题。

而这个“经常觉得已经做到了一切可能做到的事情”，大概就是“XXXXXX够XXXXXX了”

[ideaarchitect 编辑于 2010-02-24 09:28]

言归正传：

关于景深，我能否用简介的话来说一下老兄的观点：同样的焦距和光圈，在D80和D3上拍照，其得到的景深效果是不一样的。

在D3上，其景深更浅。到底多浅？感到是一级光圈的差别。

举例来说，使用50/1.4镜头在D3上用光圈2拍照，得到的景深效果，必须使用D80机器，在光圈1.4上拍照才能达到相同的景深效果。----------这一级光圈的效果，起码我是这样认为的，不知道老兄是否认同？

感谢老兄的辛苦！

天平
28-70

我不是要削弱或其它的你的原创意义，只是说你的研究应用到摄影系统里还不全面，在摄影中还存在透视变形的问题，你的理论应该不能解决这问题，而在现实中，大型相机以及一些移轴镜头都可以对所摄影像的透视关系和景深进行调整，这些都不是简单的针孔成像原理可以解决的。

挑战内容,重新贴出:

09上海车展车模

莎士比亚十四行诗第十八首

ideaarchitect参考梁宗岱、李霁野版本重译

　　　　　让我如何来把你比作夏天？
　　　　　　
　　　　　　你比夏天还要可爱，而且柔软：
　　　　　　
　　　　　　暴风的五月摧残了鲜嫩的蓓蕾，
　　　　　　
　　　　　　夏天那无情的赁期，也实在是太短：
　　　　　　　　
　　　　　　
　　　　　　有时候太阳的照耀又会太烈，
　　　　　　
　　　　　　那辉煌的面孔更难免乌云的遮掩；
　　　　　　
　　　　　　每一种美丽，都会有衰谢的一天，
　　　　　　
　　　　　　或者由于无常，或者因为自然。
　　　　　　　　
　　　　　　
　　　　　　可是你的夏天却不会凋谢，
　　　　　　
　　　　　　你的美丽，也永远不会消散；
　　　　　　
　　　　　　虽然骄傲的死亡在夏天投下阴影，
　　　　　　
　　　　　　但是不朽的诗行将照亮你的鲜妍。
　　　　　　　　
　　　　　　
　　　　　　只要有一个人还在呼吸，还能阅读,
　　　　　　
　　　　　　这首诗就会活着，让你的青春生动依然

[ideaarchitect 编辑于 2010-02-23 15:01]

针孔成像原理确实是当前摄影系统的基本原理，但要知道，无论是针孔成像或是其它现实光学系统成像，都会存在像差（包括有球差、彗差、像散、场曲、畸变和色差）。理想光学系统里这些是不存在的，包括针孔模型也是。现实中常常引用针孔成像原理解释摄影系统的成像原理，是因为它们有共通之处并且简单和易于理解。摄影镜头光学系统的出现是为了尽可能减少和降低各种像差，它的研究首先要建立在一套理想模型里，然后根据这些理想模型体系设计出现实中的最佳产品。照相机诞生至今已100多年，并生产出许多优秀镜头，这就说明这套理论是有效的。

早在公元前4世纪，※※的《墨经》一书就详细记载了光的直线前进、光的反射，以及平面镜、凹面镜、凸面镜的成像现象。宋代的沈括在其所著的《梦溪笔谈》一书中，还详细叙述了“小孔成像匣”的原理。你所提到的“基本性”，我所理解的应该是利用针孔成像的数理推论去计算其它成像数据。我前帖已提到过，摄影镜头的光学系统比针孔或薄透镜成像这一类的光学系统要复杂得多，针孔理论并不能据此简单套用。

我在此所说的内容都是引用前人的理论和研究，非本人所创，特此声明。

任何可以成像的镜头，都可以而且必须尽可能等效于一枚理想薄凸透镜。
又是一个基本的常识。
为什么最普通的常识对于要‘照亮’点什么的却来得这么困难呢？几何光学中早已经没有珠宝可拣拾，
就是连沙粒都已经打扫干净了。

你这个在细节上是可以的,但是，我这里主要讲的是“基本性”（呵呵不好意思，其实我不认为基本的东西水平最低，相反，在物理学中，是基础物理最高深，埃因斯坦正是改变了物理学的基础，才成为伟大的科学家，在数学中，是基础数学（即元数学或者数学基础）最高深，歌德尔正是摧毁了公理系统的完备可能性，才成为连埃因斯坦都佩服的人。在计算机科学中，是算法基础最高深——我甚至相信即便是比尔盖茨，都未必能透彻理解什么是Lambda Calculus，所以在我这里，基础丝毫没有贬意），我这里澄清和照亮的，是基本性方面的盲区和误区。所以我说我这个帖子是横空出世，一锤定音。

针孔成像的原理和薄透镜成像的原理有共通之处，但摄影镜头的光学系统一般是由若干“组”共轴而又彼此有空气间隙的透镜所组成（甚至含有反光镜），由于摄影镜头和厚透镜沿主轴的厚度较大（此轴向厚度与其焦距相比，已不能再予以忽略了），因而不宜再按薄透镜的成像规律对之进行研究。

目前绝大部分光学系统都是供对物体成像的。使用者所希望获得的理想是：影像与原物体“想象”且成像绝对清晰。能够获得理想像的光学系统称为理想光学系统，在均匀透明介质中基本特性如下：
1.点成像为点
2.直线成像为直线
3.直线上的点成像于共轭线上
4.平面成像为平面

若光学系统的全部界面均由球面和平面构成（平面可视为半径无限大的球面），且各球面的球心均位于同一条直线上，则该光学系统称为共轴球面光学系统。连接各球心的直线称为该光学系统的主轴，主轴与球面的交点称为顶点。

共轴球面理想光学系统除具有上述理想光学系统的全部特性外，还有如下特性：
1.光学系统本身及物空间与像空间具有同一个对称轴——主轴
2.凡垂直于主轴的物平面均具有下述特性：同一平面内各部位的影像放大率均相等。

摄影镜头是一种实际光学系统，为研究其成像性质，比较和评价其成像质量，设计出最佳产品，均需借助于共轴球面理想光学系统的成像特性为依据和标准。