WUJ少有的看来是做学问的铁子，岂能不先顶再看。

在清楚A/D转换电路的原理之后，就会发现Clark的下述定义是有问题的：

A parameter that combines the quantum efficiency and the total converted photons in a pixel, which factors in the size of the pixel and the transmission of the filters (the Bayer RGBG filter, blur filter, IR blocking filter), is called the "Unity Gain ISO." The Unity Gain ISO is the ISO of the camera where the A/D converter digitizes 1 electron to 1 data number (DN) in the digital image.

结合量子效率以及像素尺寸和滤镜（马赛克RGBG滤镜，红外滤镜以及低通滤镜）传输的参数被称为“单位增益ISO”。单位增益ISO是相机的模数转换器数字化1个电子到数字图像中的一个数值（DN）的ISO。
http://www_clarkvision_com/imagedetail/digital.sensor.performance.summary/

首先，ADC无法数字化一个电子（负电荷）到数字图像中的一个数值（DN），因为CMOS像素输出的信号是电压而是不是电子。因此，输入ADC的模拟信号是电压而不是电子。

其次，使得ADC产生输出的最小输入信号取决于ADC的分辨率和像素输出信号的最大值。例如，如果像素输出的信号电压最大值为5V，则使一个14位ADC输出的最低位从二进制的0转换为1，需要的输入信号电压是0.31毫伏。而CMOS像素的输出信号电压 = 电荷量/最大阱容，按照Clark给出的5D2的最大阱容65,700个电子计算，产生0.31毫伏电压的电荷量 = 20个电子（负电荷）。

第三，ADC的最小输出与ISO无关，反映的是传感器的感光度，也就是使得传感器能够产生输出的最小曝光量。如果按Clark给出的45%的量子效率按上面的例子计算，就是像素在接收到20/0.45 = 45个光子时，在不考虑读出噪声的情况下，才能使得14位的ADC产生一个最小输出。

所以，Clark关于单位增益ISO的定义是错误的，有关的图和数据也不应该按照单位增益ISO来解释。

因此，一般的A/D转换过程是通过取样、保持、量化和编码这四个步骤完成的。典型的ADC电路构成如下图所示：

尽管经常来看，却始终看不懂。呵呵

低照度感光系数（Low-Light Sensitivity Factor）

Clark认为：
单位增益ISO描述了在高ISO时图像的高信号部分（高光），而读出噪声特性则对应照片的低信号端。但如果相机接受更多的光子给像素，读出噪声无法单独反映阴影的特性。“低照度感光系数”描述了在高ISO下的阴影的特性（下图）。其也描述了在高ISO下曝光10秒以上阴影部分的低光特性。在天体摄影中，在热噪声还没有成为主要因素之前曝光，高的低照度感光系数将能记录更昏暗的星星。低照度感光系数描述了在高ISO下显示图象阴影或暗部的相机特性。低照度感光系数 = 读出噪声单位除以单位增益ISO（电子）。较高的值表示在高ISO时具有纪录阴影细节方面更好的性能。
http://www_clarkvision_com/imagedetail/digital.sensor.performance.summary/

低照度感光系数（Low-Light Sensitivity Factor）似乎也只是Clark的一家之言，从其定义看有较大的问题。读出噪声本身就是就是噪声分布的平均值，将其除以单位增益ISO意义不清楚，很难想象这个定义能够更好的表示传感器或相机的暗光性能。Clark搞出这样一个系数的目的很清楚，就是想说明佳能相机降噪好，读出噪声低，可以在一定程度上抵消尼康相机在像素面积大、收集的光子多的优势。所以，在上图中5D2的低照度感光系数与D3的相差无几。

ISO12232规定的数码相机ISO标定方法。

按照ISO 12232：2006的规定，曝光指数（EI）的标定取决于传感器的感光度，传感器噪声以及由此产生的图象。该国际标准提供了5种技术供厂家选择来标定ISO速度。其中来自于ISO 12232：1998的三种技术可用于标定DSLR（其它的主要用于JPEG文件）。标准指定测量的是整个数码相机而不是传感器的感光度。

ISO12232：1998指定了基于饱和的ISO速度Ssat和基于噪声的ISO速度Snoise10和Snoise40。

基于饱和的ISO速度定义为Ssat = 78/Hsat，其中Ssat是数码相机的输出在被截断或出现光晕前的最大可能曝光量。

基于噪声的ISO速度定义为在单独的像素中产生给定信噪比的曝光量。使用两种比值，即40:1（“极好图像质量”）和10:1（“可接受图像质量”）比值。

除了上述速率外，标准还定义了标准输出感光度（SOS）。在输出图像的曝光量与数字象素值相关。其被定义为：Ssos = 10/Hsos。其中Hsos是在8位像素中产生数值118（这个数值是图像按SGRB或 gamma = 2.2时，饱和值的18%）对应的曝光量。

标准指定了应该怎样报告数码相机的速度。如果基于噪声的速度（40:1）比基于饱和的速度高，应该将基于噪声的速度舍入降至标准值（例如 200、250、320或400）来报告。理由是基于饱和的ISO速度对应的曝光量较低，将会导致图像欠曝。此外，可规定曝光宽容度，范围从基于饱和的速度到10:1基于噪声的速度。如果基于噪声的速度（40:1）比基于饱和的速度低，或因为高噪声而不能定义，指定基于饱和的速度并舍入降至标准值，因为使用基于噪声的速度将导致图像过曝。

例如，某型数码相机的传感器有下列特性：S40:1 = 107, S10:1 = 1688并且Ssat = 49。按照标准，此型数码相机应该报告其感光度为：
ISO 100（日光）
ISO 速度 宽容度 50-1600
ISO 100（SOS，日光）

用户可以控制SOS速度。对某种有较高噪声的传感器，其特性或许是S40:1=40，S10:1 = 800, Ssat = 200，在这种情况下，此数码相机应该报告为ISO 200（日光）

尽管定义了标准的细节，典型的数码相机并没有清楚的指示用户ISO设置是基于噪声的速度、基于饱和的速度或是指定输出感光度，有些甚至为了市场目的虚标数值。
http://en.※※※※※※※※※.org/wiki/Film_speed

[法无定法 编辑于 2010-01-30 00:13]

老编也玩起硅晶片制造啦？？

从Clark给出的数据可以看出，从ISO200起，D3在每一档ISO上，单位增益ISO都比5D2高出一倍：

ISO200，5D2为2.03，D3为4.1，ISO400，5D2为1.01，D3为2.1，ISO800，5D2为0.51，D3为1.1，ISO1600，5D2为0.25，D3为0.5，ISO3200，5D2为0.127，D3为0.25。

显然，大像素的D3在高ISO方面比5D2高出一档，也就是如上图所示。在同样光圈/快门下，小像素的S70在ISO100时的感光度，只相当于5D2设在ISO1600，D3设在ISO3200时的感光度。这表明从ISO200开始，5D2的感光度只相当于D3的一半，也就是D3可以比5D2感受更弱的光。

如果Clark给出的数据是正确的，那至少说明两个问题：

1、从ISO200开始，5D2标定的ISO与D3的不一致，与D3的标定相比，高标了一档。

2、D3可以比5D2感受更弱的光线，但按Clark给出的数据，5D2的读出噪声比D3还低一倍（2.5:4.9)，而读出噪声是动态范围的下限，如果动态范围与宽容度是一样的，这两个数据明显矛盾。只有将宽容度解释为与动态范围不一致且宽容度的下限比动态范围的下限还要低，才能解释这个矛盾。所以我认为，如果按照Clark动态范围的定义，只能认为宽容度与动态范围是不一样的，宽容度的下限低于动态范围的下限。

[法无定法 编辑于 2010-01-28 23:51]

单位增益（Unity Gain）
Clark在定义这个概念的时候说到：
A concept important to the fundamental sensitivity of a sensor is the Quantum Efficiency. But in terms of camera performance other factors also play a role, including the size of a pixel, and the transmission of the filters over the sensor (the Bayer RGBG filter, the IR blocking filter, and the blur filter). Larger pixels collect more light, just like a large bucket collects more rain drops in a rain storm. A parameter that combines the quantum efficiency and the total converted photons in a pixel, which factors in the size of the pixel and the transmission of the filters (the Bayer RGBG filter, blur filter, IR blocking filter), is called the "Unity Gain ISO." The Unity Gain ISO is the ISO of the camera where the A/D converter digitizes 1 electron to 1 data number (DN) in the digital image. Further, to scale all cameras to equivalent Unity Gain ISO, a 12-bit converter is assumed. Since 1 electron (1 converted photon) is the smallest quantum that makes sense to digitize, there is little point in increasing ISO above the Unity Gain ISO (small gains may be realized due to quantization effects, but as ISO is increased, dynamic range decreases). Figure 6 shows the Unity Gain ISO for various cameras and sensors that can be purchased from manufacturers. It is clear that there is a trend in ISO performance as a function of pixel size.

这段话的大意是：
影响传感器感光度的一个重要概念是量子效率。但相机性能的其它因素也起到了一定的作用，包括像素的尺寸以及覆盖在像素上的滤镜（马赛克RGBG滤镜，红外滤镜以及低通滤镜）传输。大像素收集更多的光线，就像一个大桶在暴雨中收集更多的雨滴一样。结合量子效率以及像素尺寸和滤镜（马赛克RGBG滤镜，红外滤镜以及低通滤镜）传输的参数被称为“单位增益ISO”。单位增益ISO是相机的模数转换器数字化1个电子到数字图像中的一个数值（DN）的ISO。进一步，假定一个12位的转换器并按比例将所有相机统一到单位增益ISO。由于1个电子（1个被转换的光子）是可数字化的最小量子，上述单位增益ISO会小量增加ISO（量子效率使小增益得以实现，但ISO增加，动态范围减少）。下图为几种相机和传感器的单位增益ISO。其清楚地显示了ISO性能是像素尺寸的函数。Unity gain is shown as a function of pixel pitch. Digital cameras are shown in brown diamond symbols, and values computed from sensor manufacturer data sheets are shown in blue squares. The lowest value of ISO 100, at pitch 2.3 microns, is for the Canon S70 P&S camera, while the highest digital camera value, at ISO 1600, is for the Canon 5D with 8.2 micron pixels. This indicates that the Canon 5D collects about 16 times the number of photons as a Canon S70 small pixel camera, given the same f/ratio and exposure time. However, ISO depends on the camera manufacturer's choice of amplifier gain, thus Unity Gain ISO is only a guide. For example, the Canon 5D and 1D Mark II collect similar numbers of photons with the same pixel size, but have different Unity Gain ISOs. The Nikon D3, with an 8.46-micron pixel pitch plots off the top of the chart

单位增益是像素间距的函数。图中最低值是ISO 100，Canon S70 P&S相机，像素间距2.3微米。数码相机的最高值为ISO 1600，是Canon 5D，像素间距8.2微米。这表明在同样的光圈/快门速度下，5D收集的光子是小像素相机S70的16倍。不过ISO取决于相机生产厂商选择的放大器增益，单位增益ISO仅只是指导。例如5D和1DmkII有着同样像素尺寸，收集同样的光子数，却有着不同的单位增益ISO。尼康D3有8.46的像素间距，已经超出了这张图的顶部。单位增益是像素间距的函数。与上图为同样的数据，只是比例被扩展。

人家说的并没有错啊，人家回答的是定性结构，不是用来做你首贴那种推导的。我来分析一下给你听：
放大器，就你那个图的Msf
模数转换电路：每列一个AD。这个确实是在元件内的，只是不在每个像素里而已。
人家说在元件内，你却用来推导出，放大功能是在判决之后的。这就是大家反对的原因，因为，正是你认为放大功能是在判决之后的
（首贴：而D3X的每个像素只接收到一个光子，达不到模数转换电路产生输出的阈值没有输出，在模数转换电路上的数字信号为0。而对数值为0的信号无论是放大还是降噪都是没有意义的）
由于大家知道放大是在每个像素里的，就推出了你的判决电路（大家简称为AD）必须在放大电路前面。这意味着，你的判决电路必须必须在每个像素里面了。

所以大家反对你，并不是因为你说AD在元件内，而是你说的那段话，稍加推导后和事实差太远了。但是人家平山先生说的，只是元件内，并没有说每像素。所以，是你理解错人家了，不要说人家是不懂装懂。

[fasciae 编辑于 2010-01-28 11:34]

这个图里面，电阻和电压是主要因素，电容是可以忽略的。光电二极管的特性是电流，受光多电流大，这时候Mrst看作电阻，引起Mrst上的电压变化，这个变化被Msf放大并以电压形式记录，然后由Msel控制读出时间。实际上，即使读出了。还可以再读N次，直到RST信号清零
面积越大，光电二极管的转换电流的能力越强，但是最大电流首先受限Mrst的电阻特性和Vdd,Vrst的高低。
同样的Vdd,Vrst下，如果某小面积光电二极管让Mrst上的电压变化幅度已经达到Vrst的50%以上（这是很正常的）。那么即使面积大3倍的光电二极管也不能得到高一倍的电压变化幅度。如果要仔细计算，那么1.7倍的面积，只能得到远小于1.7倍的电压变化幅度。
所以，除非大光电二极管的使用更高的Vrst（起码要成正比），否则最高输出电压（也就是饱和电压），是无法和光电二极管的面积成正比的。
而器件的电压，就和工艺非常紧密了。如果非要定量，我只能大概说，同样的原晶和工艺结构下，芯片的厚度（而不是面积）决定了电压。

这里主要是说同样工艺材料和结构下。信号范围并不简单和光电二极管的面积成正比。但是更大面积确实是有利于提高信号有效输出范围的。这个需要综合分析。

[fasciae 编辑于 2010-01-27 19:09]

什么叫adc电路本身没有降噪……晕死，降噪是这么理解的嘛……

你确定看懂这些图了吗？？

兄台所言极是。 有些东西可能楼主需要根据讨论的进展适当编辑一下，可免除不必要的误解。

谢谢提醒，这也是我想努力做到的。

既然你还想要在本楼发言，我可以给你机会。你不是S5的用户吗？那么请你先说说看S5是怎么实现高宽容度的？通过将两个像素来合并为一个大像素算不算有技术？如果你能回答清楚这两个问题，我愿意与你讨论问题，否则你的帖子我一概不回复。如果再造谣生事、出言不逊，你发的帖子将会被一律删除。