主题:大像素还是高像素? [主题管理员:法无定法]
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原文由 刘云飞 在2010-01-27 10:57发表
Reversi说的ADC的降噪是对的--可以找到英文版本:
http://www_sony_net/SonyInfo/technology/technology/theme/cmos_02.html

谢谢提供英文网址。仔细看了一遍,觉得有必要将这段话的全文翻译过来,一方面让不懂英文的同学能看懂,另一方面留作下面讲A/D转换电路和降噪电路时的资料。

列并行模数转换来增加速度

提速的关键是并行信号处理。CMOS传感器有将模拟信号转换为数字信号的模数(A/D)转换电路(图2)。在水平阵列组织数以千计的模数转换电路并允许其同时操作可以增加速度。用于SONY CMOS传感器的模数转换电路有一些重要特性,包括减少产生噪声的模拟电路尺寸以及自动的噪声消减。这种电路设计可在减低噪声的同时提高速度。
图2:列并行模数转换电路

从像素中的晶体管读出像素信号。但在数百万个像素中,每个像素中的晶体管存在着不同的阈值电压,这些不同可通过读取原始的像素信号(VSIG)来消减,这是通过读出每个晶体管的初始值(复位电平,VRST)和对应入射光的信号电平(VSIG+VRST)二者之间的差异即相关双采样(CDS)来实现的。Sony的CMOS传感器执行CDS(相关双采样)操作是指数字信号处理。
图3:A/D转换技术时序图

1 在计数器下计数期间检测复位电平(VRST)(初次数字采样)。

2 复位电平检测后,在上计数期间从计数器值被存储的状态检测信号电平(VSIG+VRST)(第二次数字采样)

3 通过从最终计数值(VSIG+VRST)减去复位电平(VRST)检测净信号值(VSIG)。这种数字减法也能用于抵消每列比较器的规格差异,并且以这种方式来转移用于比较的斜波。这允许以最小的噪声进行快速的模数转换。
==================================================

本人英语水平有限,如有英语好的同学发现译的不对请指出以便我改正。谢谢!

从上面的图和文字介绍来看,降噪是通过ADC前面和后面的CDS(相关双采样)电路来实现的。ADC电路本身并没有降噪功能。但Sony确实是将CDS与ADC封装在同一个集成电路中,所以也可以说ADC模块具备降噪电路。

我说的ADC实际上是指单纯的A/D转换电路部分,如果要按封装模块来谈就无从划分具体电路的功能,也就无法从原理上来探讨。我认为这个证据不足以证明A/D电路本身具备降噪功能,所以,我依然坚持A/D转换无法降噪的观点。

[法无定法 编辑于 2010-01-27 15:45]
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135系统,不仅感光器的分辨率提升还有很大的潜力,镜头也还有很大的改进余地。像ZEISS的ZF50MMF1.4,最佳分辨率超过300线对/MM,折合像素(300*2)*(24*36)=311,040,000,也就是超过3.11亿像素!
正因为135全幅数码成像系统还很有潜力,我认为无论是尼康,还是佳能,短期内都不可能涉足中画幅相机。除非数码后背大幅降价,中画幅数码系统在相当远的将来将还是小众市场。
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在保证单个像素质量的前提下,马赛克结构的感光器,像素越多,对被摄对象的还原就越精确,像素越少,就越容易算错。我使用利图48×36MM2200万像素的数码后背拍摄,复杂细节算错很多,就是因为像素密度太小引起的。
优秀的135相机镜头,很容易有2400万像素的分辨率,从这个角度来看,感光器至少要达到2400×4=9600万像点,计算后按2400万像素生成图像文件,才有可能充分发挥高端镜头的分辨率优势,真实地还原景物。
所以,对于全幅感光器来说,目前像素还是远远不够的。不过从发展趋势来看,在不远的将来这个目标就可达到。因为按照7D的像点密度,做成全幅已可达4680万像点。
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看起来很有内容的帖子,这世界就怕认真。LZ有错就该,执着,很是佩服。如果口气和缓的话,集合众人所长,相信最终是高质量的帖子。 关注。
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论文帖。楼主认真!
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原文由 刘云飞 在2010-01-27 13:41发表
是我错了!只注意了某些讨论细节而没有看全他观点的方向。他第一段的中心思想方向就已经错了,而且是如你所说“相反”!
"关于大像素和高像素(高像素密度)的争论从D70和350D时代就开始了,到了D700和5D2的时代不仅没有争论出正确的结论,反而得出了一个似是而非的结果:高像素好。"

"似是 ......


楼主开始的文字是很早期的。有明显的偏见的。这个应该原谅。
比如这2段,他是将像素密度和高像素等价了,而且在技术领先上等价了。
在我看啦,其实在生产技术角度来看,公式应该是:像素密度*芯片面积*读取速度*读取精度/成本

[fasciae 编辑于 2010-01-27 13:58]
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原文由 刘云飞 在2010-01-27 10:43发表
楼主的主要想法是对的,其中许多理论和概念以及信息都没有问题。有的地方不太准确,不可厚非,可以讨论,许多问题是很有讨论意义的。

经过大量累计后,楼主现在的问题仅剩下结论的取舍了。所以各位不要笑话别人,看看人家的进步,应该给一个敬佩的目光。
楼主的最大难题在于结论走得太远,这导致需要精确计算。而他目前位置仅仅能定性估算,这是以忽略参量为前提的。目前在我看来,打个比方说,这些参量是位于乘号和幂上的,看着很小,影响巨大。

如果楼主将结论稍微收一点,那么大家就能感受到,这是一篇很不错的科普文章。甚至可以说,已经很深入了。
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是我错了!只注意了某些讨论细节而没有看全他观点的方向。他第一段的中心思想方向就已经错了,而且是如你所说“相反”!
"关于大像素和高像素(高像素密度)的争论从D70和350D时代就开始了,到了D700和5D2的时代不仅没有争论出正确的结论,反而得出了一个似是而非的结果:高像素好。"

"似是而非的结果:高像素好" 这怎么会是似是而非的呢? 应该是完全正确的!特别是在D70和350D时代这么想,是非常正确的,现在也是正确的。你如果在D70和350D时代认为“似是而非”那有情可原有讨论的余地,现在这个时候说这个,我不禁要问,D700,D3X,D2X, D300,D200, 哪个机子不是像素往高走,尼康的所有都停在600万大象素上就对啦?这显然和尼康这些年来相机发展轨迹相背离!

原文由 糊涂终结者 在2010-01-27 11:22发表

恰恰相反,楼主的主要想法都不对!

大像素的高ISO及信噪比好,才是没有什么技术含量的东西,它只不过是充分利用了图像传感器的物理特性而已。相反高像素的图像传感器要做到高ISO及信噪比好,才是有技术含量的东西啊......
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楼主还是很愿意学习的。现在看看首贴,楼主应该已经比开帖的时候懂多了很多了。这个精神是值得佩服和学习的。

你将污蔑我的话删掉了,我不知道是不是投诉的结果。但是对于你这样一个愿意学习并愿意不断修正首贴的人。我很难理解你为什么不能给我一个道歉。

其实错的,改了就行。你既然这么认真看待你的想法,我相信你在学习中得到的充实,也会让你胸怀开阔起来,能让大家看到你踩着自己过去的错误不断进步的勇气。

最后还是表示佩服一下,从楼主的首贴看,楼主花了很多很多心思了。再讨论讨论,将一些可能引起争论的过度推导拿掉,说明一些自创名词,我相信可以发表了。
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原文由 糊涂终结者 在2010-01-27 11:22发表
恰恰相反,楼主的主要想法都不对!


没错,LZ的主要言论只能证明他是典型的外行不懂装懂。

看了看,他显然连CMOS成像的基础都没搞明白就来开这个帖子了。
1)居然不知道在CMOS结构中,传统的ADC在CMOS之外、最新的索尼也只是每列一个ADC内置;
不懂就问吧,他还不。非说什么每个像素一个ADC......滑天下之大稽!
2)PGA是根据ISO设定可变增益的放大器,这他也不懂;非说什么ADC之后ISO数字放大......真不知道他这些都跟谁学的;是不是幻想狂啊?
3)ADC怎么实现也不知道,CMOS的物理降噪更是闻所未闻。就这么无知,也好意思在帖子里吹什么EXMOR R?!他连传统的EXMOR都没整明白!
4)基于这么些无知无畏的错误理解,还非要编出“动态范围”与ISO相关的奇谈妙论。

你看看这贴里,除了一些N门马屁专业户,哪个懂一点技术的赞同你的说法?
就不要一而再再而三挑战公众智商下限了吧!
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原文由 糊涂终结者 在2010-01-27 11:22发表
相反高像素的图像传感器要做到高ISO及信噪比好,才是有技术含量的东西啊......
要做得比大像素更好,才是有技术含量。现代人眼光都很高,光及格是不够的,不出挑是不会被重视的!
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原文由 刘云飞 在2010-01-27 10:43发表
楼主的主要想法是对的,其中许多理论和概念以及信息都没有问题。有的地方不太准确,不可厚非,可以讨论,许多问题是很有讨论意义的。


恰恰相反,楼主的主要想法都不对!

大像素的高ISO及信噪比好,才是没有什么技术含量的东西,它只不过是充分利用了图像传感器的物理特性而已。相反高像素的图像传感器要做到高ISO及信噪比好,才是有技术含量的东西啊......
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原文由 刘云飞 在2010-01-27 10:57发表
但是Reversi兄说这个功能“这是2007年索尼/尼康联盟的传感器能追上佳能的最关键步骤。” 我觉得这个步骤还是很有限的,因为这个降噪系统只是像素输出的后级降低ADC本身的噪声。在ADC之前还有其他的噪声源。而佳能的噪声控制关键在于像素部分的降噪系统,对这像素部分噪声,Sony的ADC没有降噪作用


佳能发明的是传统CDS式降噪,索尼为了避开佳能的专利壁垒、创新的则是数字式的(CDS+ADC内置)。

索尼的看法是,这种数字式可以避免CMOS信号传给外面的ADC过程中产生的噪声串扰。所以比佳能的优越。

但佳能这个外置ADC的做法,也有自己的优势、比如14bit下不会造成比12bit时连拍大幅降速,所以一直没有改。
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Reversi说的ADC的降噪是对的--可以找到英文版本:
http://www_sony_net/SonyInfo/technology/technology/theme/cmos_02.html

Sony 称新的ADC和一般的ADC不同,自带有降噪系--通过两次相关采样的值作差而抵消ADC比较器等有关电路的噪声Vrst 而得到更纯的信号电压:
(Vsig+Vrst)-Vrst = Vsig

“This digital subtraction process can also be used to cancel out variation in the characteristics of comparators in each column, and in the way in which the ramp waves used for comparison are transferred. ”

常规的ADC:
Sony新的Column Parallel ADC:
但是Reversi兄说这个功能“这是2007年索尼/尼康联盟的传感器能追上佳能的最关键步骤。” 我觉得这个步骤还是很有限的,因为这个降噪系统只是像素输出的后级降低ADC本身的噪声。在ADC之前还有其他的噪声源。而佳能的噪声控制关键在于像素部分的降噪系统,对这像素部分噪声,Sony的ADC没有降噪作用。

原文由 法无定法 在2010-01-26 22:33发表

请说清楚你说得ADC是什么?我确实第一次听说ADC还有记忆功能,莫非你认为ADC还有存储电路?你说的到底是什么自己搞清楚了吗?

[法无定法 编辑于 2010-01-26 22:33]


[刘云飞 编辑于 2010-01-27 11:01]

[2010-01-27 18:54 补充如下]

又看了一下,我在本贴最后的一段说法有误(只看了下示意图的表述,没有仔细看文字)

"但是Reversi兄说这个功能“这是2007年索尼/尼康联盟的传感器能追上佳能的最关键步骤。”......对这像素部分噪声,Sony的ADC没有降噪作用。" 斜体部分是不对的,按照Sony 的文字说明, 每颗像素的晶体管差异造成的噪声,通过预先读取Vrst以及以后的减法运算予以消除。所以Sony的ADC模块儿对每个像素得噪声以及ADC本身的噪声均有降噪作用。

至此Reversi兄说的:“这是2007年索尼/尼康联盟的传感器能追上佳能的最关键步骤。”,本人完全同意!
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楼主的主要想法是对的,其中许多理论和概念以及信息都没有问题。有的地方不太准确,不可厚非,可以讨论,许多问题是很有讨论意义的。
原文由 qiaoqiao09 在2010-01-27 10:00发表
看来在N坛胡搅蛮缠的人很多啊,进来膜拜一下LZ
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原文由 法无定法 在2010-01-26 23:28发表

应该不是这样的,而是另有办法。其实,我在用你指出的那张图时就是在提示这一点。这个问题也与你关心的像素感光面积与非感光面积的填充系数有关,搞清楚这一点就能够计算这个填充系数了。


填充只是说法而已,用了个大众容易接受的推广概念而已,也就是广告。你现在算来算去只是在广告性质的文章上算。
其实是电子迁移,np之间的迁移,有有效的无效的,理论数据和实际数据。比如理论上的半导体是全通和完全不通,事实制造的并不是这样完美。
你要搞懂你的那些图,首先就要搞懂那个cmos aps电路原理图里面每个零件的工作原理和功能,比如光电二极管干什么用的,场效应管的制造原理和用途用法。然后是整个像素矩阵怎么读取数据,然后研究ad电路的工作原理,各种器件的固有缺陷和避免方法,偏置电压和工作电压的关系,反正就是要把中学大学的电子一块和半导体一块统统的拿出来先研究一番。
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原文由 法无定法 在2010-01-26 23:28发表

应该不是这样的,而是另有办法。其实,我在用你指出的那张图时就是在提示这一点。这个问题也与你关心的像素感光面积与非感光面积的填充系数有关,搞清楚这一点就能够计算这个填充系数了。

鱼歪歪兄,抱歉了。我上面的话有误。对你下面的话理解错了:

原文由 鱼歪歪 在2010-01-26 23:15发表
关于fuji的super ccd的大/小像素的做法。
我有个想法,是否两个像素的电荷密度是不一样的。clark的sensor performance model是以1700 electrons/um2来表示的,但实际上相同pixel的full well capacity可以设计为不一样。其示意图中可以看出。
这样的话,小像素R的电荷密度大,大像素的电荷密度小。这样子,就可以做到S饱和时,R不一定饱和,或者不至于溢出?


我理解成你的意思是指二者的溢出(饱和)电压(电子密度)是不一样的。但你说的是二者的电压(电子密度)是不一样的,是我理解错了,对不起。

SR像素的电压必须要不一样才有可能实现S像素先饱和R像素后饱和,这是无疑的。问题是富士是如何做到这一点的?
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"由于D3的像素面积是5D2的1.74倍,如果二者均按1700个电子/平方微米的密度,D3的最大阱容应该是114,100,高于5D2的65,700,也高于5D和1DMKII的80,000,位居榜首。"

这仅仅是猜测而已。实际的例子很容易说明你的这个逻辑不成立。比如尼康的D3X,动态范围比D3/D300大很多,但是它的像素尺寸并不大。所以5D2的满阱电子数量比D3相当很好理解和接受,就像5D2的读取噪声只有D3(5个电子)的一半大一样,只能说明5DII感应器的技术领先。

另外尼康把暗部较高的平均读取噪声和有用信息一起斩切掉,暗部息失去完整有点不爽。这只能说是一种有损的人工降噪(可能RAW和JPG的时候都是这样),也许是用来弥补稍大的读取噪声。

[刘云飞 编辑于 2010-01-27 09:37]
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原文由 reversi 在2010-01-27 07:22发表

你吹了那么半天,一直那么大的口气、居然连EXMOR是什么都没明白阿?

要俺对你普及教育么?

还是你自己先反省反省吧!

http://www_sony_co_jp/SonyInfo/technology/technology/theme/cmos_02.html

我吹了什么?有什么地方或者那个观点不对请明确指出,我才能知道我的错误是什么?我再问你一遍,你是不是认为ADC有降噪的功能,所以我认为ADC没有降噪功能是错误的?

我已经说过了,我不懂日语,请你提供英文资料或翻译一下你提供的证据,让我和其他同学看懂你说的是什么意思,但你举出的还是日语的网页,你看不懂中文吗?能不能在中文论坛用中文表达清楚你的意思?我相信无忌的泡菜绝大多数是中国人而不是日本人,就算你是日本人,在无忌发言的时候是不是也要遵重一下主人,说中国话呢?

[法无定法 编辑于 2010-01-27 09:21]
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原文由 法无定法 在2010-01-26 22:33发表

请说清楚你说得ADC是什么?我确实第一次听说ADC还有记忆功能,莫非你认为ADC还有存储电路?你说的到底是什么自己搞清楚了吗?


你吹了那么半天,一直那么大的口气、居然连EXMOR是什么都没明白阿?

要俺对你普及教育么?

还是你自己先反省反省吧!

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原文由 鱼歪歪 在2010-01-26 23:15发表

关于fuji的super ccd的大/小像素的做法。
我有个想法,是否两个像素的电荷密度是不一样的。clark的sensor performance model是以1700 electrons/um2来表示的,但实际上相同pixel的full well capacity可以设计为不一样。其示意图中可以看出。
这样的话,小像素R的电荷密度大,大像素的电荷密度小。这样子,就可以做到S饱 ......

应该不是这样的,而是另有办法。其实,我在用你指出的那张图时就是在提示这一点。这个问题也与你关心的像素感光面积与非感光面积的填充系数有关,搞清楚这一点就能够计算这个填充系数了。
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原文由 法无定法

实际也是这么回事,在雨天中,大小盆的水位确实是一样高。也就是说,如果大盆的水位溢出盆外(相当于饱和),小盆的水也会溢出盆外。按照这个推理,当大像素S饱和时,小像素R也必然饱和。那么,富士的Super CCD SR技术岂不是没有意义了吗?

[法无定法 ]

关于fuji的super ccd的大/小像素的做法。
我有个想法,是否两个像素的电荷密度是不一样的。clark的sensor performance model是以1700 electrons/um2来表示的,但实际上相同pixel的full well capacity可以设计为不一样。其示意图中可以看出。
这样的话,小像素R的电荷密度大,大像素的电荷密度小。这样子,就可以做到S饱和时,R不一定饱和,或者不至于溢出?
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原文由 reversi 在2010-01-26 22:01发表

SONY的EXMOR平台,就是典型的A/D过程中实现物理(硬件)降噪的范例!

做法是ADC“记住”像素曝光前的值、用曝光后的值进行减算,从而排除了本底噪声的干扰。

请说清楚你说得ADC是什么?我确实第一次听说ADC还有记忆功能,莫非你认为ADC还有存储电路?你说的到底是什么自己搞清楚了吗?

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这个又是LZ自己杜撰的胡说八道了。

SONY的EXMOR平台,就是典型的A/D过程中实现物理(硬件)降噪的范例!

做法是ADC“记住”像素曝光前的值、用曝光后的值进行减算,从而排除了本底噪声的干扰。

这是2007年索尼/尼康联盟的传感器能追上佳能的最关键步骤。

你连这个都不知道,居然好意思出来开贴?脸皮太厚了 ......

我不懂日语,上面说得是什么请翻译或提供英文资料。开贴的目的我已经说得很清楚了,就是从基本原理来探讨。如果你认为我的观点或对基本原理的理解有问题,欢迎指出。如果确实是我错了,我会坦然承认并向你表示感谢。

请明确你的观点,你认为ADC电路具备降噪功能吗?

发言请懂点起码的礼貌,有理说理,不要一开口就出言不逊,让人觉得你没有教养。此帖保留,再说这种缺乏教养的话我一概删除。

[法无定法 编辑于 2010-01-26 22:24]
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原文由 法无定法 在2010-01-09 17:58发表
2、A/D电路不具备任何过滤噪点的能力,而无论是噪点还是信号在像素中的放大器里已经被放大过了。


这个又是LZ自己杜撰的胡说八道了。

SONY的EXMOR平台,就是典型的A/D过程中实现物理(硬件)降噪的范例!

做法是ADC“记住”像素曝光前的值、用曝光后的值进行减算,从而排除了本底噪声的干扰。

这是2007年索尼/尼康联盟的传感器能追上佳能的最关键步骤。

你连这个都不知道,居然好意思出来开贴?脸皮太厚了~~~~~~

看看索尼EXMOR的资料吧!
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搞了半天得了个什么结论?
出个30寸片子实际看看就知道谁好谁坏了
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原文由 spot 在2010-01-02 22:04发表
呵呵,看来网上还真有不少杂凑的东西啊

各位,一个最基本的计算,做一个14个级别的电压信号判断要多少个晶体管?每个门电路算2个,一个级别的判断3个门电路,那就是84个,2000万象素的CMOS芯片,每个象素要一个ADC,那是多少晶体管?大约是16亿


现在数码单反里面的14bit ADC,都是线性比较法而不是二分法折半查找实现的。

比如AMP后面的电压叫V吧
1)0000000000000001 比V大?如果是、ADC输出0000000000000001
2)0000000000000010 比V大?如果是、ADC输出0000000000000010
3)0000000000000011 比V大?如果是、ADC输出0000000000000011
.....

也不复杂,就一个DA
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原文由 imareal 在2010-01-26 20:04发表

错了就是错了,没什么丢人的。乱搅才是丢人。
难道用对公式的人缺乏科研素养,推导错误公式的人的具有科研素养?
你的电子学的基础知识不够,一系列的推理都是错的,如果你连这一点无可狡辩的错误都如此蛮横不认账,那你就别认。
我以前所有的帖子都是讨论问题,没有出言不逊。你屡屡连最起码的礼貌都不顾,我也懒得再 ......

1、之前我已经经说过很多次了,在讨论技术问题,特别是涉及到数学的问题时请用严格的定义来表达你的观点,但你就是不这样做,在多次提醒无效后我只能直接了当的告诉你。

2、我在前面的帖子里已经说过我在计算电功W的时候定义的条件,即在电容已经充完之后。你非得用一个充电过程中的积分面积来证明我的推导有问题,这能证明得了吗?完全是在浪费时间。

3、这种计算电功方法的最早是你自己提出来的,只是你搞出了一个新概念叫做电荷能量,我多次请你解释你这个电荷能量是怎么计算的,可你就是不说,那么我只好用你给出的电荷能量(实际上是电功)的计算公式来说明你的推理有问题。现在你自己搞出一个新公式反而说我的推理错了,不是让人啼笑皆非了吗?如果你忘了自己之前说过的话,请自己往前翻翻看。

此前我都是很含蓄的提醒你,可你不但不反思,反而继续要证明自己没错,我只好直言了。如有得罪,请多包涵。但对就是对,错就是错,在科学问题上是无法含糊的。

[法无定法 编辑于 2010-01-26 20:23]
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原文由 法无定法 在2010-01-26 19:41发表

这个公式说明什么我看一眼就知道,不用你来告诉我。下面这句话在我前面的帖子里就有,再贴一遍请你再看清楚一些:

由于电容也可以作为储能元件,在理想情况下,光电二极管产生的光生电荷全部充入电容C中,电容C内存储的光生电荷具有的能量可看作电功W。

我只是想要告诉你,如果想要不违反能量守恒定律的话, ......

错了就是错了,没什么丢人的。乱搅才是丢人。
难道用对公式的人缺乏科研素养,推导错误公式的人的具有科研素养?
你的电子学的基础知识不够,一系列的推理都是错的,如果你连这一点无可狡辩的错误都如此蛮横不认账,那你就别认。
我以前所有的帖子都是讨论问题,没有出言不逊。你屡屡连最起码的礼貌都不顾,我也懒得再教你基础知识。
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