主题:大像素还是高像素? [主题管理员:法无定法]
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资深泡菜
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当光线很好时,ISO=100,电压=0.5,一个像素接收到0~4080个光子,可以发出0~2040个电子,由于电压很低,超过了理想范围,当光线很弱时,从0~8之间的光子,有可能不能触发电子跳跃。其动态范围不会变得更好,有可能变得更差。由于温度不会变得更低,减小电压降低所降低的噪声也降到了低的水平,不会变得更低。
动态范围:8~4080,10级
无噪声范围:16~2040,7级
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泡菜
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楼主和各位大虾继续哦,这贴还是值得一看

各位钻研这么深,在下敬佩
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陈年泡菜
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楼下的,别再给楼主灌概念了,再往歪处带,楼主就快受不了啊

楼主,给你一个名词,你去搜索学习一下吧D,这个就是终极答案了,别再考虑别的东东了

PGA:Programmable Gain Amplifier 可编程增益放大器
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资深泡菜
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原文由 口享口享 在2010-01-06 16:41发表
状态一:标准状态下,ISO=200,默认在标准电压(1个单位)下,一个像素接收到0~2040个光子,可以发出0~2040个电子。
状态二:如果光线不够强,ISO=400,电压=2,一个像素接收到0~1020个光子,可以发出0~2040个电子
状态三:光线更弱,ISO=800,电压=4,一个像素接收到0~510个光子,可以发出0~2040个电子
状态四:ISO=1600,电压=8,一个像素接收到0~255个光子,可以发出0~2040个电子

动态范围:
状态一:0~2040个光子,10级
状态二:0~1020个光子,9级
状态三:0~510个光子,8级
状态四:0~255个光子,7级

根据量子力学,即使没有光线进入,这个传感器也有可能有部分电子会随机的跳跃,这就是噪声。而电子跳跃的数量,与两端的电压成正比例,状态一的跳跃比例小,状态四的跳跃比例高。
状态一:噪声范围:0~16
状态二:噪声范围:0~32
状态三:噪声范围:0~64
状态四:噪声范围:0~128

无噪声范围:
状态一:16~2040,7级
状态二:32~2040,6级
状态三:64~2040,5级
状态四:128~2040,4级

而且按照你给出的表和说明,没有光线进入的时候也会有噪声,也就说在放大的时候噪声是存在的,那这个噪声是如何不被放大的?
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原文由 口享口享 在2010-01-06 16:41发表
调节ISO的方法有两种,一种是调节电压,另一种是调节放大电路。
第一种方法类似于调节传感器(类似于二极管)两端的电压。理想的情况下,两端之间无电流通过,没有电子的传递,当接收到光线时,受到光的触发,将有电子从一端跳跃到另一端,从而形成电流,变成电信号。
第二种方法是将弱小的电信号,通过放大器转换成强的电 ......

你的意思是第一种方法(调节电压)是可以只放大信号不放大噪声或者信号放大的多噪声放大的少了?恕我孤陋寡闻,能否给出原理图或者进一步说明其是如何做到这一点的?至少在柯纳兄给出的3T像素中的那个放大器(源跟随管)没有看出其有过滤噪声的功能,而且一般认为这个放大器本身就是产生噪声的原因之一。

[法无定法 编辑于 2010-01-06 16:56]
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原文由 fasciae 在2010-01-06 16:05发表

有gain amplifier的功能,并不代表你就能将ISO放大这个功能的电路在ADC之前或者之后明确地划分出来。
而是否在ADC之前,是决定gain amplifier是不是就是ISO放大电路的关键因素。

我认为柯纳是打算用一个名词让你放弃罢了。你不要真的以为gain amplifier就是你说说的ISO放大电路。因为从你首贴的定义的功能而言,gain  ......

请注意,不是我说“gain amplifier”是我所说的“ISO放大电路”,而是柯兄说的。我只是说叫做什么不重要,关键的是其作用的原理和机制。

至于我说的“ISO放大电路”,就是那个可以在数码相机上设置ISO值的电路,也就是我问过你存不存在的电路,记得你的回答是存在的,难道你现在又改变主意了?
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调节ISO的方法有两种,一种是调节电压,另一种是调节放大电路。
第一种方法类似于调节传感器(类似于二极管)两端的电压。理想的情况下,两端之间无电流通过,没有电子的传递,当接收到光线时,受到光的触发,将有电子从一端跳跃到另一端,从而形成电流,变成电信号。
第二种方法是将弱小的电信号,通过放大器转换成强的电信号。甚至是通过数码算法,将数码信号放大显示。
显然,第一种方法易于保留原始的细节,第二种方法将细节和燥声同步放大,没有增加细节的作用。
举个例子:
状态一:标准状态下,ISO=200,默认在标准电压(1个单位)下,一个像素接收到0~2040个光子,可以发出0~2040个电子。
状态二:如果光线不够强,ISO=400,电压=2,一个像素接收到0~1020个光子,可以发出0~2040个电子
状态三:光线更弱,ISO=800,电压=4,一个像素接收到0~510个光子,可以发出0~2040个电子
状态四:ISO=1600,电压=8,一个像素接收到0~255个光子,可以发出0~2040个电子

动态范围:
状态一:0~2040个光子,10级
状态二:0~1020个光子,9级
状态三:0~510个光子,8级
状态四:0~255个光子,7级

根据量子力学,即使没有光线进入,这个传感器也有可能有部分电子会随机的跳跃,这就是噪声。而电子跳跃的数量,与两端的电压成正比例,状态一的跳跃比例小,状态四的跳跃比例高。
状态一:噪声范围:0~16
状态二:噪声范围:0~32
状态三:噪声范围:0~64
状态四:噪声范围:0~128

无噪声范围:
状态一:16~2040,7级
状态二:32~2040,6级
状态三:64~2040,5级
状态四:128~2040,4级
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原文由 法无定法 在2010-01-06 11:10发表
至于ISO放大电路应该叫做gain amplifier还是其它并不重要,关键是既然相机上可以设置ISO就必然有一个与此相关的电路,而这个电路的作用和原理与我们要讨论的主题是密切相关的。你说的那篇文章我一直在看,准备结合其中的数据进一步来探讨,其中也包括ISO放大电路或者是gain amplifier。

有gain amplifier的功能,并不代表你就能将ISO放大这个功能的电路在ADC之前或者之后明确地划分出来。
而是否在ADC之前,是决定gain amplifier是不是就是ISO放大电路的关键因素。

我认为柯纳是打算用一个名词让你放弃罢了。你不要真的以为gain amplifier就是你说说的ISO放大电路。因为从你首贴的定义的功能而言,gain amplifier无法完成你说的功能的一半!
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原文由 少年子弟江湖老 在2010-01-06 15:12发表

看了几天,居然还在争论。而且楼主居然还在秉持错误的观点?认为噪点是光线弱了后更容易产生?

建议你去做个试验,拍摄一堵白墙,正常日光,天气晴好。假如正常曝光ISO100就够了,你保持光圈快门不变,修改ISO到3200。仔细看看,虽然整个片子过爆一片惨白。但是你应该能够在白色中,发现一片片的噪点。这些是哪里来的 ......


兄弟,你这个例子举的不是很好,假如真的是完全惨白,那是不会有噪点的

这个跟ISO设置无关,任何设置下,如果曝光量造成了溢出,那就是全白饱和了,就算有噪声也都淹没了,只有在有阴影细节的地方才可能发现噪点。

[spot 编辑于 2010-01-06 16:01]
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原文由 spot 在2010-01-06 10:57发表

你说的还是同一个逻辑,那就是在分析噪声产生的原因时,既降低输入光线信号,又提高ISO设置,的确,输入光线信号低肯定会增加噪声,但你怎么就能证明提高ISO设置不会增加噪声呢?你举的这个例子,最多只能证明噪声跟两个因素有关,具体哪个因素各有多大影响,无法判断

你还是作个试验,让不同ISO下光线输入条件 ......


看来这楼主,是个IC方面的初哥。而且还不愿意去做实验。
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原文由 法无定法 在2010-01-06 10:45发表

高ISO的照片,一般噪点都出现在暗处,也是这个原因,暗处的光信号弱,信噪比低。


看了几天,居然还在争论。而且楼主居然还在秉持错误的观点?认为噪点是光线弱了后更容易产生?

建议你去做个试验,拍摄一堵白墙,正常日光,天气晴好。假如正常曝光ISO100就够了,你保持光圈快门不变,修改ISO到3200。仔细看看,虽然整个片子过爆一片惨白。但是你应该能够在白色中,发现一片片的噪点。这些是哪里来的?是光线弱的地方吗?用试验去自己好好看看,不要再想当然!!!

这个现象出现的根源是,这些噪点无论什么ISO下,都是客观存在的噪声源,是机器本身产生的,无法消除。只是在低ISO下,其电平值太小,不满足AD转换的门限,被过滤掉了(或者有降噪功能)。但是高ISO下,其电平值被等比放大,到AD不能忽略的程度。AD将其当做有用数据给处理了。
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原文由 法无定法 在2010-01-06 11:10发表

柯兄,我确实是将目前DSLR上所使用的CMOS-APS像素当作了CMOS-DPS像素,这一点在你指出后我已经改正,你和DVCOM兄纠正了我一直以来的一个错误印象,再一次表示感谢。至于我为何会有这种错误是因为我们所涉及到的一种数码摄像头产品使用的传感器就是CMOS-DPS,这种传感器直接输出的就是数字信号,可以直接进行数字处理。而我 ......


那个pixim公司的产品只有30万象素,摄像机用的,能那来跟DSLR比吗?为什么它几代产品都只有那么低的象素,还不是那个在象素里集成的10位ADC闹的

这世界上的感光芯片种类多了去了,还有4个象素的CMOS感光芯片呢,结构是千奇百怪的,什么都有,还是应该自己多想想。
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原文由 柯纳 在2010-01-06 03:09发表
挺好的出发点结果楼主陷进一个自己不太了解的领域为争论而争论。

建议放弃这个ISO放大线路(正确术语是gain amplifier)争论,回到大窗口和小窗口对画质影响的话题吧。

我前面给出Clark的那篇文章有多少人点击了?里面有提到full well capacity和动态范围关系。

柯兄,我确实是将目前DSLR上所使用的CMOS-APS像素当作了CMOS-DPS像素,这一点在你指出后我已经改正,你和DVCOM兄纠正了我一直以来的一个错误印象,再一次表示感谢。至于我为何会有这种错误是因为我们所涉及到的一种数码摄像头产品使用的传感器就是CMOS-DPS,这种传感器直接输出的就是数字信号,可以直接进行数字处理。而我的专业虽然不是double E,但也不算太远,数字电路和模拟电路的区别应该还算是了解吧。

至于ISO放大电路应该叫做gain amplifier还是其它并不重要,关键是既然相机上可以设置ISO就必然有一个与此相关的电路,而这个电路的作用和原理与我们要讨论的主题是密切相关的。你说的那篇文章我一直在看,准备结合其中的数据进一步来探讨,其中也包括ISO放大电路或者是gain amplifier。

[法无定法 编辑于 2010-01-06 11:13]
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原文由 法无定法 在2010-01-06 10:45发表

其实,关键不在ISO放大电路是在A/D转换电路之前还是在之后,而是在高ISO时噪点是怎么产生出来的?SPOT认为噪点是ISO放大时产生出来的,所以ISO放大电路必须在A/D转换之前。而我认为这种说法是不对的,噪点产生的原因与ISO放大电路本身关系不大,其无论是在A/D转换前还是转换后都不是产生噪点的原因。至于噪点是如何产生的 ......


你说的还是同一个逻辑,那就是在分析噪声产生的原因时,既降低输入光线信号,又提高ISO设置,的确,输入光线信号低肯定会增加噪声,但你怎么就能证明提高ISO设置不会增加噪声呢?你举的这个例子,最多只能证明噪声跟两个因素有关,具体哪个因素各有多大影响,无法判断

你还是作个试验,让不同ISO下光线输入条件一样,看看不同ISO下究竟有没有噪声变化

我知道你要说正常拍照不是这样,可是你到底想不想把问题搞清楚?
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其实建议无忌开个信号处理版,专门讨论信号处理。开个像素讨论版,专门讨论像素的.....
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原文由 spot 在2010-01-06 10:41发表

这不是楼主愿意或者不愿意的问题,而是他必须为此争论,因为他的整个“理论”都建立在ISO放大跟降噪一样都是在ADC之后,是数字信号处理,这样他就可以直接把ISO可用范围跟动态范围联系起来。

一般相机有三个基本指标:分辨率、动态范围和高ISO,分辨率肯定是高象素好,高ISO肯定是大象素好,那么只要楼主能证明ISO可用范围大等于动态范围高,那么大象素就占了三分之二了,楼主的“相机选择指南”就可以正式诞生了


正中要害!支持~~~
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原文由 f501 在2010-01-05 23:35发表
还在争吵啊?从这帖子学到不少知识  

楼主发贴的出发点是好的,但对原理理解有偏差,个人认为SPOT的观点是对的,“ISO放大电路”应该是在ADC之前,处理的是模拟信号。

信号数字化以后,基本影像内容(细节)就定下来了,如果这时对信号处理,相当于改变画面亮度(调整γ值?),不会增加画面噪点。

[f501 编辑于 ......

其实,关键不在ISO放大电路是在A/D转换电路之前还是在之后,而是在高ISO时噪点是怎么产生出来的?SPOT认为噪点是ISO放大时产生出来的,所以ISO放大电路必须在A/D转换之前。而我认为这种说法是不对的,噪点产生的原因与ISO放大电路本身关系不大,其无论是在A/D转换前还是转换后都不是产生噪点的原因。至于噪点是如何产生的,我前面已经说过并且DVCOM兄的观点也与我的相同:

在使用ISO6400的时候,拍摄的场景与用ISO 100时是同样的亮度吗?

在用ISO100时,场景暗部的值在8位raw文件中记为1,相当于ISO6400时对应的光强,最亮部分假定记为255。如果曝光正确,暗部为1的这部分在这个时候只占这整个图像的一小部分,假定为1%。暗部的噪点虽然很高,但暗部的面积不大,所以整个图像的噪点并不高。

当用ISO6400时,场景的亮度只相当于ISO100时的1/5,此时宽容度降到比如只有4档,而ISO放大5倍的结果是文件中只能记录相当于ISO100是文件51以下的信号,此时在ISO100时记为1的这部分亮度变为5,如果此相机传感器的动态范围下限是相当于12800,那么,整个图像的亮度范围是3-48,在这个亮度范围内,噪声的比例将大幅度增加。由于数码相机拍摄两个亮度不同的场景所获得的图像的信噪比不一样,所以高ISO时图像的噪点比低ISO是要高是必然的,这与ISO电路放大的是数字信号还是模拟信号无关。

简单说就是高ISO时摄入的噪点比低ISO时要多的多,而不是ISO放大时产生的噪点。这也是ISO电路要用数字电路而不用模拟电路的原因,因为其在放大时不会增加新的噪声。
=================
此外,DVCOM兄的观点也与我的类似:

引用:
原文由 dvcam 在2010-01-02 20:41发表
并不是数字信号的“放大”让ISO6400的噪声大大高于ISO100的,噪音并不是在ISO放大过程中产生的,而是放大前就已经存在了。

借用前面DX说的例子,一个CMOS像素最多能收集1000个光子(光子->电子,然后存储在像素里),这个像素的数据在读出的过程中,会产生噪声(热噪声,量化噪声等等,这是无法消除的),假设这个噪声的大小是50个电子,(通俗的说,这噪声会在使读出数据产生50个电子的随机波动,如果原始有500个电子,读出的数据就可能是475到525之间的随机数)。数据读出后,再通过ISO放大,变成图片。

假设在某恒定光强下,用1/10秒的快门,一个像素能收集到1000个电子,读出信号的信噪比(SNR)就是1000/50=20,这时用ISO100,正好得到曝光正常的图片。
但1/10太慢,容易虚,我们就提高快门速度,用1/40秒,并把ISO提高到400,以保证曝光正常。由于快门只有1/40秒,像素就只能收集到250个电子,但读出时的噪音依然不变,SNR就只有5了。SNR低,表现在图片上,就是“噪点”。

高ISO的照片,一般噪点都出现在暗处,也是这个原因,暗处的光信号弱,信噪比低。
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原文由 柯纳 在2010-01-06 03:09发表
挺好的出发点结果楼主陷进一个自己不太了解的领域为争论而争论。

建议放弃这个ISO放大线路(正确术语是gain amplifier)争论,回到大窗口和小窗口对画质影响的话题吧。


这不是楼主愿意或者不愿意的问题,而是他必须为此争论,因为他的整个“理论”都建立在ISO放大跟降噪一样都是在ADC之后,是数字信号处理,这样他就可以直接把ISO可用范围跟动态范围联系起来。

一般相机有三个基本指标:分辨率、动态范围和高ISO,分辨率肯定是高象素好,高ISO肯定是大象素好,那么只要楼主能证明ISO可用范围大等于动态范围高,那么大象素就占了三分之二了,楼主的“相机选择指南”就可以正式诞生了
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原文由 柯纳 在2010-01-06 03:09发表
挺好的出发点结果楼主陷进一个自己不太了解的领域为争论而争论。

建议放弃这个ISO放大线路(正确术语是gain amplifier)争论,回到大窗口和小窗口对画质影响的话题吧。

我前面给出Clark的那篇文章有多少人点击了?里面有提到full well capacity和动态范围关系。


那篇文章关于动态范围的观点是,动态范围=CMOS饱和容量(full well capacity)/最低读取噪声,在理论上,大象素有利于降低噪声,小象素有利于提高饱和容量,但实际系统还要受工艺水平、放大电路、AD转换电路等各种因素制约。从它提供的数据来看,恰好跟我前面的论点是一致的,那就是高ISO可用范围与动态范围是无关的,比如NIKON D3的象素算是最大的,但其动态范围却低于CANON的5D、5D2、1D3,甚至低于40D和20D
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原文由 Mucher 在2010-01-03 00:37发表
这个Full Well Capacity就谁规定的?“The model uses an electron density of 1700 electrons/square micron ”

把我气懵了。还好这怪老头把7D还是放在1D3之上。好奇怪他的数据是哪来的


如果你理解了Well是井的意思就很容易明白。

一个像素如同一口井,更严格说一个水桶。光子照射到像素如同水倒进一个水桶。当我们把快门打开又迅速关闭后,一定数量的光子进入到像素。

把像素装满的光子数量就是这个full well capacity(满井量)。超过这个量以后光子如同水一样会溢出到周边,这就是数码记录媒体对高光溢出远远不如胶片的根本原因,溢出的光子会把周边像素给”污染“,表现在图像上就是周边本来不亮的地方也变亮。

[柯纳 编辑于 2010-01-06 03:25]
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原文由 dvcam 在2010-01-03 02:04发表

CCD的确可以像素合并,已经成熟的技术了,这叫Pixel Binning
http://www_ccd_com/ccd103.html

但CMOS似乎不可以,因为COMS在像素内部就完成了电荷-电压的转换

另外,CCD和CMOS像素上虽然用光敏二极管产生光电流,但最后收集到的是电荷,然后把电荷转换成电压


像素合并在CMOS也可以实现。
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建议放弃这个ISO放大线路(正确术语是gain amplifier)争论,回到大窗口和小窗口对画质影响的话题吧。

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我总觉得概念上有错误,电子时代的换算不能用化学的思维去考虑,引用你的“高像素”名词来说,现在的问题就是单个像素基本就是数码的极限小了,这个小单位里能容纳多少色彩信息? 用高像素解决色彩信息的承载量,高像素解决的最最尖锐的问题,数码的最大色彩信息承载,谁优谁略还得看最终谁更好的更大的发挥了传感器的作用

[初诣 编辑于 2010-01-06 01:32]
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还在争吵啊?从这帖子学到不少知识  

楼主发贴的出发点是好的,但对原理理解有偏差,个人认为SPOT的观点是对的,“ISO放大电路”应该是在ADC之前,处理的是模拟信号。

信号数字化以后,基本影像内容(细节)就定下来了,如果这时对信号处理,相当于改变画面亮度(调整γ值?),不会增加画面噪点。

[f501 编辑于 2010-01-05 23:37]
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其实搞清楚ISO放大到底在哪里是很简单的,相机做出来以后,就是一个固定的系统,它不会根据拍摄的条件去改变自己的结构,你是故意拍全黑的照片也好,故意拍全白的照片也好,它都按照固有的体系去工作。

所以,从逻辑上说,只要能找到一种情况,证明ISO放大的实现不可能是在ADC之后,不可能是数字信号处理,就可以证明这个相机的结构了。

在这里,我还是希望楼主能做做我说的试验,找个暗光环境,用同样的曝光组合,不同的ISO各拍一张,然后低ISO提亮度,看看到底区别在哪里,这个区别可能不可能是数字信号处理出来的
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原文由 法无定法 在2010-01-05 20:37发表

至于ISO提升后噪点增加的主要原因,与ISO放大电路是模拟的还是数字的关系不大, ......


怎么关系不大,关系太大了,要是能通过数字信号处理实现高ISO,ISO早就上了天了
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原文由 法无定法 在2010-01-05 20:27发表

任何一个会照相的人都知道,光线较弱的时候提升ISO,光线较强的时候可降低ISO,这也正是厂家在数码相机上提供ISO功设置功能的目的。看不出我需要将这类常识性的知识作为前提放在首贴啊。

至于spot,不要说首贴,我此前已经用各种方式告诉他过不止5遍,但他还在不断地反复向我问同一个问题。我已经没有办法也没有能力向 ......


你说的这个根本就不是主要问题,我们以前说的主要是两个问题,一个是ADC在哪,开始你认为在象素里,那么象素输出的数据就是固定的,这个错误你已经了解了,另一个是ISO放大电路在哪个位置,是在ADC之前还是在ADC之后,是模拟信号处理还是数字信号处理,这个问题你到现在还停留在一个“一直以来的错误”中

你前面的逻辑是,高ISO下的噪声,来自高ISO拍摄环境下本来就小的光线造成信噪比低,与高ISO放大无关,所以ISO放大是数字信号处理,我的理解对吗?

为了给你讲清这个问题,我特意提出一个试验,让光线等其它条件完全一样的情况下,对比不同ISO设置的最终效果,从而用实践的办法搞清ISO放大,结果你又非得要又改ISO又改曝光组合,故意把这两个因素混在一起
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原文由 sfay 在2010-01-05 20:23发表

呃~~,这个对于模拟信号,5V放大到50V,波形肯定会发生变化了,这也是为什么高ISO会出现噪声的原因。

首先,我在这里所说的是解释什么是数字信号的放大,说到模拟信号只是做了一个类比,并不是要做一个比较。

至于ISO提升后噪点增加的主要原因,与ISO放大电路是模拟的还是数字的关系不大,前面的帖子里有说明。我还在看一些柯纳兄给出的资料,等过几天我会资料中给出的一些数据以及进一步的说明放在首页上来讨论。目前只能请有疑问的同学自己找来看一看。
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原文由 fasciae 在2010-01-05 18:53发表

我只是建议,你将高ISO和低ISO比较时候的光通量必须是不同的这个前提贴在首贴。这样大家就没有意见了
spot也就明白,自己没有必要说下去了。

任何一个会照相的人都知道,光线较弱的时候提升ISO,光线较强的时候可降低ISO,这也正是厂家在数码相机上提供ISO功设置功能的目的。看不出我需要将这类常识性的知识作为前提放在首贴啊。

至于spot,不要说首贴,我此前已经用各种方式告诉他过不止5遍,但他还在不断地反复向我问同一个问题。我已经没有办法也没有能力向他作解释了,只好说再见。
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原文由 法无定法 在2010-01-05 15:31发表

无论是数字信号还是模拟信号,放大都是在做乘法运算,对数字信号来说,将1X10=10就是放大,对模拟信号来说,一个+5V的电平变为+50V的电平也是放大


呃~~,这个对于模拟信号,5V放大到50V,波形肯定会发生变化了,这也是为什么高ISO会出现噪声的原因。
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