主题:大像素还是高像素? [主题管理员:法无定法]
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晕~~~~~
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原文由 imareal 在2010-01-26 19:26发表

你难道连这么一点明显的错都羞于承认?
如果你能痛快承认,我会告诉你它能证明什么。

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,你的这个三角形面积与我说的矩形面积是一样的。所以,你这个公式什么都不能证明,最多只能证明你缺乏搞科研的基本素质。
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原文由 法无定法 在2010-01-26 19:08发表

我已经说过了,你那个公式你自己都没有搞懂是否能用于这个地方就乱用。

请搞清楚,像素电容中存储的电荷量在曝光结束后或者快门关闭后是确定的,也就是说电容充电已经完成。U = Q/C就是用在这个时候,像素输出的信号电压在此时也是不变的。你列出一个电容充电过程的公式想要证明什么?又能证明什么?

你难道连这么一点明显的错都羞于承认?
如果你能痛快承认,我会告诉你它能证明什么。
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原文由 imareal 在2010-01-26 18:58发表

你是不是应该先承认你的电容电功的公式推导是错的?

我已经说过了,你那个公式你自己都没有搞懂是否能用于这个地方就乱用。

请搞清楚,像素电容中存储的电荷量在曝光结束后或者快门关闭后是确定的,也就是说电容充电已经完成。U = Q/C就是用在这个时候,像素输出的信号电压在此时也是不变的。你列出一个电容充电过程的公式想要证明什么?又能证明什么?
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原文由 法无定法 在2010-01-26 18:49发表

科学素养的一个基本要求就是先要说清楚自己在说什么。

我早就说过,你要给公式先要说明公式的变量是什么?其物理含义是什么?量纲或单位是什么?你至今不改变这个不良习惯。连前面的光能是什么都还没有说清楚,又抛出一个自己都说不清楚的公式。

再问你一遍,你的说的光能是什么定义?以什么为单位?可否先说明一下 ......

你是不是应该先承认你的电容电功的公式推导是错的?
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原文由 imareal 在2010-01-26 18:29发表

看来对于培养科学素养来说,中学的课比大学更重要,

科学素养的一个基本要求就是先要说清楚自己在说什么。

我早就说过,你要给公式先要说明公式的变量是什么?其物理含义是什么?量纲或单位是什么?你至今不改变这个不良习惯。连前面的光能是什么都还没有说清楚,又抛出一个自己都说不清楚的公式。

再问你一遍,你的说的光能是什么定义?以什么为单位?可否先说明一下?

电功从哪里来我已经说过了,你难道还没有看明白?

[法无定法 编辑于 2010-01-26 18:50]
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原文由 法无定法 在2010-01-26 16:27发表

按照公式W = Q平方/C,假如大像素的受光面积是小像素的两倍,其产生的光生电荷Q也是小像素的两倍,如果大小像素的电容C相同并且为常数,则大像素电容中储存的电功是小像素电容中存储的电功的4倍,这一点问题都没有。

你的错误在于将光能等同于电功,但你并没有用任何方式证明这一点。连量纲分析和计算都没有做,能不 ......

看来对于培养科学素养来说,中学的课比大学更重要,
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原文由 法无定法 在2010-01-26 16:27发表

按照公式W = Q平方/C,假如大像素的受光面积是小像素的两倍,其产生的光生电荷Q也是小像素的两倍,如果大小像素的电容C相同并且为常数,则大像素电容中储存的电功是小像素电容中存储的电功的4倍,这一点问题都没有。

你的错误在于将光能等同于电功,但你并没有用任何方式证明这一点。连量纲分析和计算都没有做,能不 ......

那你就说说电功从哪里来的?
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原文由 imareal 在2010-01-26 11:38发表
我在1022帖中已经说过一遍,再说一次:假定大像素的面积是小像素的两倍,在同样照度下,大像素获得的光能也是小像素的两倍,你又说大象素的电荷能量是小像素的4倍。如果电荷能完全来自于光能,就不符合能量守恒定律,如果不是,要说明原因。


按照公式W = Q平方/C,假如大像素的受光面积是小像素的两倍,其产生的光生电荷Q也是小像素的两倍,如果大小像素的电容C相同并且为常数,则大像素电容中储存的电功是小像素电容中存储的电功的4倍,这一点问题都没有。

你的错误在于将光能等同于电功,但你并没有用任何方式证明这一点。连量纲分析和计算都没有做,能不出现矛盾吗?如果你能用任何方式证明你说的光能可以等同于电功,那才能说我错了。但我相信你是无法证明这一点的,因为我的推导毫无问题并且有实例为证,所以只可能是你错了。
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原文由 imareal 在2010-01-26 11:38发表
我在1022帖中已经说过一遍,再说一次:假定大像素的面积是小像素的两倍,在同样照度下,大像素获得的光能也是小像素的两倍,你又说大象素的电荷能量是小像素的4倍。如果电荷能完全来自于光能,就不符合能量守恒定律,如果不是,要说明原因。
我对于阱容的原理不甚清楚,因它太专业了,所以无法给出严格的结论,只是就事论事供参考。
我仔细看了一遍你的推导的公式,你可能没有学习过电子学的基本定理,有些推理有问题,会误导你。如电荷能量 = 电荷数(Q)的平方/电容(C)是不对的,应该再除以2。

既然imareal兄坚持认为我是错的,我也只好说一说为什么不是我错了而是imareal兄错了。

本来我以为这是一个很简单的推导和计算,其知识范围中学物理课就应该涵盖(我没有上过中学,不知道是不是这样)。但既然imareal兄说应该用大学的专业课中的知识来推导,我也可以从命。虽然我的专业不是电子工程,因为我上大学的时候中国还没有这个专业,只有工业与自动化专业,我正好算是自控系毕业的,虽然后来主要的工作是编码,不过曾经用汇编语言写过不少驱动程序之类的东东,对硬件多少还是了解一点的。

当光电二极管受到光线照射后,产生一个电流I,在时间T内,光电二极管产生的光生电荷数为电流I随时间变化的函数I = f(t)在时间0-t的积分,T = t - 0。从几何上来说,积分可以看作是求面积。设直角坐标系的横轴为时间T,纵轴为电流I,则时间0-t内的光生电荷数为电流I=f(t)曲线下的面积。即f(t)dt在0-t之间的积分。假如光电二极管的输出电流在0-t之间保持不变(如果照度不变,电流I可看作近似恒定),则f(t)dt在0-t之间的积分为I X T,即Q = I X T,Q为电荷量。从几何意义上讲这是一个以I和T为边长的矩形的面积,从物理意义上讲,Q = I X T是中学物理中根据电流求电荷量的计算公式。

由于不是在讨论量子力学,电荷本身没有任何能量。就像一个质量为10千克的铅球放在平地上没有任何能量一样。如果要使得铅球获得势能,就需要做功将铅球举到一个高度比如10米的位置,此时铅球才具备势能。同理,一堆不受任何约束的无序电荷不会有任何能量,使电荷获得电动势的一种方法就是将其充入电容中,电荷在电容中产生的电动势即电压U可以用公式:U = Q/C来计算。式中Q为电荷量,C为电容,为常量。如果光电二极管在时间T内产生的光生电荷全部充进电容C内,这些电荷产生的电动势U = Q/C。

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。

中学物理课中应该讲过电功率P = 电流I X 电压U, 电功W = 电功率P乘以时间T,即电功W = 电流I X 电压U X 时间T,将电流I = 电荷量Q/时间T代入上式,电功W = 电荷Q X 电压U。将电容的电动势U = Q/C代入,电容C中存储的电荷量Q所具备的能量为电功W = 电荷量Q的平方/电容C。即电容中存储的电荷能量W = 电荷量Q的平方/电容C。

上述推导过程完全符合物理的基本定律,不可能违反能量守恒定律,上述公式中也没有任何地方需要除以2。上述推导过程实在是太简单了,我真的不知道需要用到什么样的大学专业知识?确实是只需要中学物理就可以推导出来。

假如有大小两个像素,大像素的受光面积是小像素的两倍,在照度一样的情况下,大像素的光电二极管产生的电流是小像素的两倍,因此充进大像素电容的电荷量也是充进小像素电容的电荷量的两倍。根据公式U = Q/C,如果大像素的电容C与小像素的电容C是一样大,则大像素的电压U是小像素的两倍。

上述推导过程同样是完全符合物理的基本定律,不可能违反能量守恒定律。而且富士的SR像素的原理也从实践中证明了这一点。

所以,不是我错了,而是imareal兄错了。

[法无定法 编辑于 2010-01-26 15:55]
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原文由 法无定法 在2010-01-25 17:46发表

我上面这些话错在哪里?你认为S像素的电压不能比R像素高两倍吗?

原文由 法无定法 1006 贴发表
将电容公式代入上述电荷能量公式后有,电荷能量 = 电荷数(Q)的平方/电容(C)。可见电荷能量与电荷量不是正比关系而是平方关系。
假定大像素的面积是小像素的两倍,在同样照度下,大像素获得的电荷数也是小像素的两倍。大象素的电荷能量是小像素的4倍,按照电压(V) = 电荷能量/电荷量,大象素的输出信号电压也是小像素的两倍。所以,像素的输出电压与其感光面积成正比。

我在1022帖中已经说过一遍,再说一次:假定大像素的面积是小像素的两倍,在同样照度下,大像素获得的光能也是小像素的两倍,你又说大象素的电荷能量是小像素的4倍。如果电荷能完全来自于光能,就不符合能量守恒定律,如果不是,要说明原因。
我对于阱容的原理不甚清楚,因它太专业了,所以无法给出严格的结论,只是就事论事供参考。
我仔细看了一遍你的推导的公式,你可能没有学习过电子学的基本定理,有些推理有问题,会误导你。如电荷能量 = 电荷数(Q)的平方/电容(C)是不对的,应该再除以2。
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抱歉,楼下的帖子打错了字。应为假如D3的微透镜覆盖率为90%(不是99%),其综合填充系数为0.8X0.9 = 0.72 ,损失的光线为28%。

[法无定法 编辑于 2010-01-26 00:07]
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由于CMOS传感器不仅受到CMOS填充系数的影响,同时还会受到微透镜覆盖率的影响,因此对使用CMOS传感器的D3、5D2和7D来说,其综合填充系数为CMOS填充系数X透镜覆盖率。如果D3的CMOS填充系数为0.8,透镜覆盖率为0.99,则综合填充系数D3为0.8X0.99=0.792,5D2为0.65X0.827 = 0.538,7D为0.23X0.61 = 0.142。S5不受CMOS填充系数影响,其综合填充系数即微透镜覆盖率为0.758。受填充系数的影响,像素面积最大的D3损失了20%的光线,采用CCD的S5损失了24%的光线,5D2损失了46%的光线,7D损失了85%的光线。
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微透镜覆盖率与CMOS填充系数一样,与像素的面积成正比,象素面积越大,微透镜的覆盖率越大,象素面积越小,微透镜覆盖率越低。如D3的象素面积大,其微透镜覆盖率可能为99%,其面积为71.38平方微米,间隙面积为7.1平方微米。对S5pro来说,其面积为29.4平方微米,微透镜覆盖率为(29.4-7.1)/29.4 = 0.758。对5D2来说,其象素面积为41.09平方微米,微透镜覆盖率为0.827。对7D来说其像素面积为18.55平方微米,微透镜覆盖率为(18.55 – 7.1)/18.55 = 0.61。
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还有一种填充系数是微透镜的覆盖率,其定义为微透镜覆盖象素的面积/象素的面积,即透镜是否可以将整个像素的面积全部覆盖。从富士的这张图上可以看出,由于工艺上的问题,微透镜之间不可能没有缝隙,因此微透镜不可能100%的覆盖。而制造和安装微透镜的工艺与CMOS的制程一样,在同一时期、同样技术水平下是一样的,因此微透镜之间的缝隙大小与像素的面积无关,是一个定值。
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原文由 法无定法 在2010-01-25 17:56发表

1、请说清楚,哪一个放了大漏斗?这个漏斗的面积与没有放漏斗的那一个的面积是什么关系?假如放了漏斗的这个水位要比没有放漏斗的高一倍,这两个容器的面积、体积该如何计算?

2、A/D前的弱信号是什么信号?电压、电流或电荷?怎么个一样法?是相当呢还是呈现某种关系?比如正比关系?


你只有真的搞懂那个原理图,就知道他说的什么意思了。呵呵
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原文由 北京老猫 在2010-01-25 13:58发表

有些同学几乎把答案说出来了:)
两个提示:
1. 两个一样的水桶,其中一个上面放了一个4倍于桶口面积的大漏斗;
2. 放在A/D前后的弱信号精度一样嘛?


1、请说清楚,哪一个放了大漏斗?这个漏斗的面积与没有放漏斗的那一个的面积是什么关系?假如放了漏斗的这个水位要比没有放漏斗的高一倍,这两个容器的面积、体积该如何计算?

2、A/D前的弱信号是什么信号?电压、电流或电荷?怎么个一样法?是相当呢还是呈现某种关系?比如正比关系?
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原文由 鱼歪歪 在2010-01-25 16:42发表

对于fill factor,或者开口率。基本定义都是类似的了,这种物理性的指标定义,不论对于cmos和ccd来讲,都是相同的。从他们的成像源,光电二极管的原理都是类似的。光电二极管相对于单位像素来讲,也是存在物理面积比例的。
我并没有对CMOS Image Sensor的fill factor的定义有质疑。反过来说,也不能说fill factor只针对C ......

我再说一遍,我到目前为止说得是CMOS的填充系数,CCD的当然也要说到,但要在说清楚SR像素的原理之后。在此之前,要么你对我关于CMOS像素填充系数的定义提出意见,也么等讨论到CCD填充系数的问题时再来问我这个问题。
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原文由 imareal 在2010-01-25 13:41发表
假定大像素的面积是小像素的两倍,在同样照度下,大像素获得的电荷数也是小像素的两倍。大象素的电荷能量是小像素的4倍,按照电压(V) = 电荷能量/电荷量,大象素的输出信号电压也是小像素的两倍。所以,像素的输出电压与其感光面积成正比。
-------------
以上是你1006帖的话。我已经说过好几遍了,你真的不知道那里错了?

我上面这些话错在哪里?你认为S像素的电压不能比R像素高两倍吗?
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原文由 法无定法 在2010-01-25 12:39发表

一个概念甚至术语未必表示的就是同一个意思,比如填充系数或开口率这个术语和概念。这来自于两方面的问题:

一、形式逻辑方面。如果所说的概念是一个大概念也就是形式逻辑所说的种概念,比如人这个概念。我们说可以说张三是人,但不能说人是张三。因为人这个概念大于张三。假如要用人来定义张三,必须说清楚张三是什 ......

对于fill factor,或者开口率。基本定义都是类似的了,这种物理性的指标定义,不论对于cmos和ccd来讲,都是相同的。从他们的成像源,光电二极管的原理都是类似的。光电二极管相对于单位像素来讲,也是存在物理面积比例的。
我并没有对CMOS Image Sensor的fill factor的定义有质疑。反过来说,也不能说fill factor只针对CMOS 器件。对于CCD器件。同样是有fill factor参数的,这一点是肯定的。或者,请你提出你对CCD的fill factor的理解?
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原文由 法无定法 在2010-01-25 10:40发表

你对数码相机的传感器是用光电二极管还是光电阻都没有搞清楚,更不用说知道SR像素的工作原理了。只要遵守首贴提出的规定,要说什么都可以,但回复这个帖子后我不会再回复你的任何贴子。谢谢加入讨论。


呵呵,光电阻和光电池,基本原理是一致的,如果你非要弄出个不同,也就是侧重点不同而已。

另外这个电路图,不知道你从什么地方能看出有个电容来。呵呵。
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原文由 法无定法 在2010-01-25 12:39发表
S和R像素的最大阱容肯定是不同的,就像大小盆的容量是不同的一样。但其输出电压应该是相同的,就像大小盆在雨中的水位是相同的一样。而同一块芯片上的饱和电压应该是相同的,因此SR像素的饱和点也应该是一样的。所以,当S像素饱和时,R像素也会同时饱和。而富士的说明是S像素饱和后R像素还没有饱和并继续接受光线,否则R像素根本就不可能记录比S像素更强的光。而富士的原理图上我们看到的是S像素的电压增加的比R像素快,所以S像素先饱和而R像素后饱和。我的问题是:富士公司是如何做到这一点的?


你收集了这么多的图,看来也没看懂,只是听人说而已。

这个问题其实很简单,放大电路放大倍数不一样即可,这是最基本的,你需要研究一下晶体管放大原理即可,放大倍率是可控的,整体来说就是灵敏度可变。

其实很多东西原理都很简单,ccd或coms单元电路很简单,属于超级简单的,但是整合起来很难,一致性做的很好更难,走的是两个极端。

你应该先花3-6天晚上3小时时间学习一下基本的半导体工作原理,然后你贴的那些图就很容易理解了,文字说明都不需要你就能看懂。
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原文由 法无定法 在2010-01-25 09:59发表

自从删掉了某些别有用心的帖子后,本楼的气氛一直是心平气和的在讨论,我也非常欢迎猫兄心平气和的加入讨论。

我一再说我不仅在IC方面是初哥,在其他方面也是初哥,欢迎专家和一切比我懂的同学对我的观点提出批评和批判,如果我对原理和基本概念的理解有误或者还有哪些基本原理和概念是我不知道的,也欢迎包括猫兄在内 ......

有些同学几乎把答案说出来了:)
两个提示:
1. 两个一样的水桶,其中一个上面放了一个4倍于桶口面积的大漏斗;
2. 放在A/D前后的弱信号精度一样嘛?
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原文:法无定法 1006帖发表
假定大像素的面积是小像素的两倍,在同样照度下,大像素获得的电荷数也是小像素的两倍。大象素的电荷能量是小像素的4倍,按照电压(V) = 电荷能量/电荷量,大象素的输出信号电压也是小像素的两倍。所以,像素的输出电压与其感光面积成正比。

以上是你1006帖的话。我已经说过好几遍了,你真的不知道那里错了?
那就是说你还是坚持你的观点了?那大像素S的受光面积大,其输出信号电压比受光面积小的小像素R的输出信号电压高,这个事实又该如何解释?或者你认为你自己的解释有问题?

材料相同,工艺相同,几何形状成比例,才有电压与像素面积无关的结论。
否则没有可比性。如同小口大肚的坛子如何与盆比?

[imareal 编辑于 2010-01-25 13:42]
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原文由 imareal 在2010-01-25 13:09发表

当然。在相同的材料工艺下,阱容与像素的面积成比例的,所以结论不变。
无论如何,能量守恒定律是不可违背的。你1006帖违背了这条定律,你没有感觉到。

那就是说你还是坚持你的观点了?那大像素S的受光面积大,其输出信号电压比受光面积小的小像素R的输出信号电压高,这个事实又该如何解释?或者你认为你自己的解释有问题?

既然 imareal兄还想讨论这个问题,你不妨将我的原话贴出来,看看我在什么地方违背了能量守恒定律?
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原文由 法无定法 在2010-01-25 12:58发表
1  在恒定光强下作用单位时间后,图像传感器产生的光电压是定值,与传感器面积无
关。
或:像素产生的光电压,和单位面积接受的光通量成正比。所以与面积无关,与光的能量
密度有关。
你现在还坚持这一点吗?

当然。在相同的材料工艺下,阱容与像素的面积成比例的,所以结论不变。
无论如何,能量守恒定律是不可违背的。你1006帖违背了这条定律,你没有感觉到。

[imareal 编辑于 2010-01-25 13:10]
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原文由 imareal 在2010-01-25 12:53发表

你指什么异议?


原文由 imareal 在2010-01-15 19:21发表
1  在恒定光强下作用单位时间后,图像传感器产生的光电压是定值,与传感器面积无
关。
或:像素产生的光电压,和单位面积接受的光通量成正比。所以与面积无关,与光的能量
密度有关。

你现在还坚持这一点吗?
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原文由 法无定法 在2010-01-25 12:47发表

imareal兄不愧是专业人士,回答正确。既然imareal兄自己考虑清楚了这个问题,我们之前存在异议的问题也应该能达成共识了吧?

你指什么异议?
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原文由 imareal 在2010-01-25 12:38发表

有很多种办法可以解决这个问题:
1 提高小盆的深度四倍于大盆,关键是小盆的壁要能受得住这么高的压力(提高小像素的阱势)。
2 小盆口不变,容积增加到四倍,变成坛子(增加小像素的阱容)。
3 在小盆口上盖一个有很多小孔的盖子,小孔的总面积和盖子的面积比为一比四。(减弱小像素的入射光强度)
应该还有其他办法, ......

imareal兄不愧是专业人士,回答正确。既然imareal兄自己考虑清楚了这个问题,我们之前存在异议的问题也应该能达成共识了吧?
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原文由 鱼歪歪 在2010-01-25 11:44发表
CCD仍然是存在fill factor这个问题的。也许你说不存在,是对于Frame Transfer来讲的吧?但对于Interline Transfer CCD来讲,垂直转移的沟道需要做遮光处理,而且anti-blooming以及电子快门部分,都要占据单位像素的面积。这也就造成Fill Factor降低的原因。

至于你所说的富士的super ccd原理,抱歉没怎了解。高感和低感的饱和度不同,估计是设计出不同动态范围的传感器。也就是电势阱的full well capacity不同吧?


一个概念甚至术语未必表示的就是同一个意思,比如填充系数或开口率这个术语和概念。这来自于两方面的问题:

一、形式逻辑方面。如果所说的概念是一个大概念也就是形式逻辑所说的种概念,比如人这个概念。我们说可以说张三是人,但不能说人是张三。因为人这个概念大于张三。假如要用人来定义张三,必须说清楚张三是什么样的人,即种加属差。而填充系数是一个大的概念即种概念,要定义这个种概念下的具体概念必须定义清楚其属差是什么?比如CMOS填充系数。这个概念的内涵我已经说清楚了,既CMOS像素光电二极管的实际受光面积与其本身受光面积的比值,也就是CMOS的金属布线部分对光电二极管受光面积的影响。因此,除非你认为我对这个概念的定义有问题,你才能说我有错误。你不能用同一大概念下的另外一个与我说的不一致的小概念来论证我犯了逻辑错误。就比如我说张三是一个男人,你不能举例说李四是女人来论证我说张三是一个男人犯了逻辑错误。

二、理解或定义有问题。填充系数本来是一个大概念,但实际使用中经常混淆或误用。比如动态范围这个概念,在同一个术语下其实是有不同含义的。

要避免这两个问题,在讨论中必须对概念进行定义,如果对定义的概念没有异议,就要按照定义来理解这个概念而不能再用其它的概念。否则就变成你说的和我说的就不是一个东西,这样能讨论问题吗?

如果你没有看懂问题在哪里,我可以再解释一下。

S和R像素的最大阱容肯定是不同的,就像大小盆的容量是不同的一样。但其输出电压应该是相同的,就像大小盆在雨中的水位是相同的一样。而同一块芯片上的饱和电压应该是相同的,因此SR像素的饱和点也应该是一样的。所以,当S像素饱和时,R像素也会同时饱和。而富士的说明是S像素饱和后R像素还没有饱和并继续接受光线,否则R像素根本就不可能记录比S像素更强的光。而富士的原理图上我们看到的是S像素的电压增加的比R像素快,所以S像素先饱和而R像素后饱和。我的问题是:富士公司是如何做到这一点的?

[法无定法 编辑于 2010-01-25 12:43]
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