主题:大像素还是高像素? [主题管理员:法无定法]
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虽然从绝对数字看D3X的动态范围比D3高(13.7对比12.2),但这是靠D3X在最低感光度ISO100得到的,而D3因为没有真正ISO 100所以不如D3X。

但从ISO 200开始D3的动态范围都超过D3X,其他几个指标如Tonal Range和Color Sensitivity也是D3超过D3X,SNR(信噪比)就更不用提了。
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原文由 法无定法 在2010-01-02 17:37发表

不要忘了我们说的是数码传感器,无论在A/D转换前对信号有否放大,都与ISO的放大电路或算法无关,因为ISO的放大电路和算法必须作用在已经检测出来的信号上,也就是是对数字信号作处理,而不是模拟信号


好,我来总结一下,你认为ISO功能放大的是数字信号,请问:

1、数字信号有何必要进行放大?为何不直接存放在RAW里?

2、数字信号如何放大?

这两个问题你从没回答过,实际上你也根本回答不了,因为:

数字信号根本不需要再放大,因为只要存储空间足够,任何数字信号的处理都可以完全做到无损,但是我们知道提高ISO会损失画质,假设你说的是正确的,那么厂家是如何在数字信号的“放大”中损失画质的呢?难道厂家竟然在高ISO处理时对原始数据进行了有损压缩处理?可是没看到高ISO下的RAW文件变小啊?

另外,我们都知道,高ISO下噪点会增多,我真的很好奇,厂家是如何在数字信号处理中引入噪点,又为什么要这么做呢?厂家嫌自己的高ISO画质太好?

实际上,从一开始我就知道你对这个基本概念的理解就是错的,而且对自己贴出来的东西,自己都没有想清楚。

我把这个贴子放在这,你可以满世界找人问,看看ISO放大到底是在哪个环节做的?

[spot 编辑于 2010-01-02 17:48]
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原文由 法无定法 在2009-12-29 18:53发表
....5DMKII....ISO却标定为ISO 100–6400就不那么靠谱了。从实际拍摄的表现看,5DMKII在高ISO暗光情况下明显不如D3和D700,

说了半天, 这才是精髓.
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原文由 spot 在2010-01-02 17:28发表

你不要逃避,我就是问你,数码相机里的ISO放大到底是在AD转换之前还是之后?到底放大的是原始模拟信号还是数字信号?简单回答即可,再次谢谢

你也不要再贴你那些东西,那里面虽然有一部分是正确的,但却根本得不出你的结论,我只是想知道,你到底了解不了解数码相机的基本结构,如果你连这些基本常识的理解都是错的 ......

你难道也看不懂中文吗?“数码相机里的ISO放大到底是在AD转换之前还是之后?”我从首贴就说过了,你还要我说多多少遍?只好再贴一遍此前对你的回复:

“动态范围应该是灰度等级的范围,这个我说的简化了”,你的这个说法依然是错误的。还是用我前面举过的例子:一架10米高的楼梯可以作成100级,另一架5米高的楼梯也可以做成100级,你能够以此说明这两架楼梯的登高范围是一样的吗?既然是讨论技术问题,用语必须严谨,不要搞出一些捣浆糊的说法,否则我无法理解你的观点。

请先搞清楚动态范围最小值的定义就是可以分辨出来的最小信号,用我首贴里说过的含义,是A/D转换后能够将一位二进制从0变为1的那个值,不要忘了我们说的是数码传感器,无论在A/D转换前对信号有否放大,都与ISO的放大电路或算法无关,因为ISO的放大电路和算法必须作用在已经检测出来的信号上,也就是是对数字信号作处理,而不是模拟信号,否则就没有任何意义。

我说的是从厂家给出的ISO范围可以比较其所用传感器的动态范围大小,不是“ISO可用范围代表了相机的动态范围”,厂家当然也不会这样说。而且我说的是我自己的观点,不是从网上抄袭来的,你当然在网上找不到。你可以指出我的观点不成立的论据,但以网上找不到这样的说法作为我的观点不成立的理由是不是太那个了一点?

还有,你最好先搞清楚ISO放大电路或算法的作用我们再继续,否则在这个问题上还是会像动态范围一样,你说的和我说的根本就不是一回事。
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原文由 法无定法 在2010-01-02 17:25发表

看来你真的不知道ISO放大电路起什么作用。也罢,愿意学※※比不愿意学习要好,我就再科普一回吧,下来是礼平天下兄在113帖问我的问题,这个问题中包含了他对ISO放大电路的理解,我认为他的理解很正确:
===========================
另外又产生了一个疑问。同一台相机高ISO只是放大信号,cmos的可辨认范围是固定的,那么 ......


你不要逃避,我就是问你,数码相机里的ISO放大到底是在AD转换之前还是之后?到底放大的是原始模拟信号还是数字信号?简单回答即可,再次谢谢

你也不要再贴你那些东西,那里面虽然有一部分是正确的,但却根本得不出你的结论,我只是想知道,你到底了解不了解数码相机的基本结构,如果你连这些基本常识的理解都是错的,大家也没必要看你其它的长篇大论了

[spot 编辑于 2010-01-02 17:30]
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原文由 spot 在2010-01-02 17:14发表

好,我的理解你的回答为“是”,请继续回答下一个问题:

AD转换之后得到的是一个二进制数据,那么既然ISO100下能得到跟ISO6400下一样暗光数据,请问还要ISO6400干什么?

不要说什么别的内容,你从来没有回答过我这个问题

看来你真的不知道ISO放大电路起什么作用。也罢,愿意学※※比不愿意学习要好,我就再科普一回吧,下来是礼平天下兄在113帖问我的问题,这个问题中包含了他对ISO放大电路的理解,我认为他的理解很正确:
===========================
另外又产生了一个疑问。同一台相机高ISO只是放大信号,cmos的可辨认范围是固定的,那么每调高一档iso,宽容度是不是就要小一档?比如某相机cmos的可辨认范围是100个光子到3200个光子。当我们用iso100拍摄某场景(假设最低iso是100,此时没有放大信号),该场景高光部分刚好3200个光子,暗部刚好100个光子,那么这块cmos的宽容度刚好满足了这个场景光比,刚好完全保留没有丢失。然后我们把iso调到200拍摄同一场景(此时选用相同光圈,曝光时间减半)。由于曝光时间减半导致cmos实际接收到得暗部光子是50个光子,高光区域是1600个光子。然后进行放大,1600的部分可准确地还原到3200而50的部分由于低于可辨认下限就被判为0,那么放大也没用了,也就造成了暗部丢失。所以,如果一块cmos的宽容度是5档EV,厂家把iso做成5档,那么到了最高档iso的宽容度岂不只有1档EV了?
=========================

下面是我在117帖的回复:

你的理解完全正确。一般情况下是起跳ISO有最大的动态范围或者宽容度,将ISO设置为这个值时获得的就是我们一般所说的传感器本身的宽容度,在这一点上无论是向上或向下设置ISO实际上都会减小动态范围,偏离的越多,减少的动态范围越大。这也可以理解为在不同的ISO下传感器有不同的动态范围,二者是等价的。在最高ISO值时,传感器的动态范围将变得很小,至于小到多少要看厂家厚不厚道。从我自己的感受来看,尼康还算厚道,即使设置到25600,可能还留有一档的余地。最不厚道的可能是5D2,其25600是否真的能达到标准都值得怀疑。

所以,如果光照条件允许的话,在拍摄时最好还是设置为起跳ISO,此时可以获得最大的动态范围。需要指出的是对D3这类起跳ISO较高(ISO 200)的相机,设置为起跳ISO比使用低一档的扩展ISO要好,而不是如胶片一样,将ISO设置的越低越好。

如果你认真看过并看懂这两个帖子,我想你也就不会提出你的问题了,所以再贴一遍。

科普到此结束,如果你还看不懂,我也爱莫能助了。
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原文由 法无定法 在2010-01-02 17:11发表

我已经科普过很多次了,ISO放大电路只可能对传感器的输出信号发生作用,不可能改变传感器本身的信号。至于为什么,你最好自己先将ISO放大电路或算法的原理搞清楚,我没有必要在这个问题上再对你进行科普了吧?


好,我的理解你的回答为“是”,请继续回答下一个问题:

AD转换之后得到的是一个二进制数据,如果输入信号一样,输出的数据肯定也一样,那么既然ISO100下能得到跟ISO6400下一样暗光数据,请问还要ISO6400干什么?

不要说什么别的内容,你从来没有回答过我这个问题

另外再请问,你所说的对“数字信号”进行“放大”,能否举个最简单的例子,是不是直接用程序把1改成10就叫“放大”?

如果你对最后一个问题还回答“是”,并且你认为这就是高ISO的功能,我只好对你表示五体投地的佩服Orz:

[spot 编辑于 2010-01-02 17:21]
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原文由 spot 在2010-01-02 17:02发表

那好,我来听你说说,你认为数码相机的ISO设置是怎么工作的?

再问具体一点,你认为ISO100和ISO6400下的信号进入AD转换之前,是不是完全一样的?

不要再粘贴一大堆东西,就直接回答最后这个问题

[spot 编辑于 2010-01-02 17:05]

我已经科普过很多次了,ISO放大电路只可能对传感器的输出信号发生作用,不可能改变传感器本身的信号。至于为什么,你最好自己先将ISO放大电路或算法的原理搞清楚,我没有必要在这个问题上再对你进行科普了吧?
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原文由 法无定法 在2010-01-02 16:52发表

老兄,我都不知道该说什么好了。说你一点都不懂吧,你至少比那位糊涂兄还多一点学习能力,说你懂吧,为何连基本的一些常识都没有?说到扫盲,恐怕还是请你自己先将最基本的概念先搞清楚再发言。

放大电路就一定是ISO放大电路吗?看来只好对你做一点科普了:

CMOS传感器的每个象素由四个晶体管与一个感光二极管构成( ......


那好,我来听你说说,你认为数码相机的ISO设置是怎么工作的?

再问具体一点,你认为ISO100和ISO6400下的信号进入AD转换之前,是不是完全一样的?

不要再粘贴一大堆东西,就直接回答最后这个问题
回答“是”或“不是”就可以,谢谢

[spot 编辑于 2010-01-02 17:07]
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原文由 spot 在2010-01-02 16:12发表

又一个误导贴,ISO 12232仅仅就是根据噪声测定ISO值吗?还一派言之灼灼的样子

ISO 12232给出了两个方法测定感光速度ISO值,其中用基于信噪比的测试方法由于带有主观性,极少被采用,绝大多数测定都用的是基于曝光饱和的方法,简单说就是看固定光强下感光器达到极限不能再接受曝光的速度。

再问一遍楼主,除了你 ......

不要不懂装懂好不好?ISO 12232推荐的方法到底是哪种看清楚了再说话。
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原文由 spot 在2010-01-02 15:09发表

这几天有点忙没来,楼主还在这自我陶醉在自创的新理论呢

你可以去看看任何一个数码相机的原理图,哪个相机的“ISO放大电路和算法”是对数字信号做处理的?看来你认为是CMOS出来的东西先AD转换再到ISO处理了

你自己好好想一想,如果是这样,那么在放大之前,已经得到了数字信号,还要放大做什么?你以 ......

老兄,我都不知道该说什么好了。说你一点都不懂吧,你至少比那位糊涂兄还多一点学习能力,说你懂吧,为何连基本的一些常识都没有?说到扫盲,恐怕还是请你自己先将最基本的概念先搞清楚再发言。

放大电路就一定是ISO放大电路吗?看来只好对你做一点科普了:

CMOS传感器的每个象素由四个晶体管与一个感光二极管构成(含放大器与A/D转换电路),其结构就如你在127帖里贴出的图一样,我就不再贴图了。这个放大器的功能正是放大模拟信号(这一点你没有说错)使得信号能够被A/D转换电路接收从而产生输出。其作用是使得感光二极管接收到的微弱信号能够驱动A/D转换电路。所以,这个放大器的增益是固定的,即在设计芯片的时候就确定了,不会也不可能通过设置ISO值来改变,否则将会引起信号失真,也会使得电路变得更复杂。任何一个数码相机的ISO放大电路都位于传感器芯片之外,与传感器每个像素的放大电路没有什么关系。因为ISO放大电路只需要也只能对传感器输出的信号(对CMOS芯片,这个输出信号就是数字信号,因为A/D转换是在传感器的每个像素上完成的)进行处理,既没有可能更没有必要去改变传感器上每个像素的放大能力。

你的问题在于根本就没有搞懂ISO放大电路的作用的功能,看见有“放大电路”几个字就认为一定是“ISO放大电路”。在形式逻辑上这叫做搞不清楚种属概念,犯这种错误就如同搞不清楚人是动物,但动物不一定就是人一样。下次发言的时候希望能认真一些,不要再犯这种低级错误。

[法无定法 编辑于 2010-01-02 16:54]
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原文由 法无定法 在2009-12-31 16:57发表

数码相机标定最高ISO值必须根据ISO 12232:1998的国际标准来测定基于噪声的感光速率。这个测定以噪声开始变得不可接受之前的最小曝光量为基础,通过对受到噪声影响的影像的主观评价来决定噪声的可接受性。 ......


又一个误导贴,ISO 12232仅仅就是根据噪声测定ISO值吗?还一派言之灼灼的样子

ISO 12232给出了两个方法测定感光速度ISO值,其中用基于信噪比的测试方法由于带有主观性,极少被采用,绝大多数测定都用的是基于曝光饱和的方法,简单说就是看固定光强下感光器达到极限不能再接受曝光的速度。

再问一遍楼主,除了你自己,还有哪个地方把ISO范围跟动态范围联系到一起?
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原文由 zf0713 在2009-12-31 15:51发表
楼主分析的合理 学习了新的东西
iso的范围与图相的动态范围你也分析的合理(从一个方面),但你做这样的分析是否有其他的科学依据(资料什么的),因为iso,像数和动态范围我更关心后者.而各厂家一般都不提动态范围(似乎是有意回避次问题)
再说说富士的S5吧,被认为是动态范围大的数码相机,它后D3比起来又如何? 前两天看了M8拍的黑白片,层次感非我手中的日本小单反可比.M8和上面两机动态范围又如何?


对于ISO范围与动态范围之间的关系,除了根据动态范围的定义以及数码相机的基本原理通过逻辑推理得出结论外,另一个依据是IS0 12232国际标准规定的ISO值的测定方法,具体可看109贴。

厂家不标动态范围是有原因的,佳能如果标出5D2传感器的动态范围,其虚高的ISO范围就会现原形。而尼康如果标出动态范围D3X的就会小于D3甚至D700,对其王者地位有影响。

S5是通过将两个像素(S和R)像素分别表示暗部和亮部的光强,大像素记录暗部信息,小像素记录亮度信息,由于小像素面积小,使其达到阈值的照度就会比较大,如果其只是受光面积小(比如减小滤镜的大小)而存储光子的容积与大像素一样,那么相当于改变了传递曲线的斜率,即小像素的斜率小于大像素的斜率,通过这样方式来扩展对高光的宽容度。S5是用两个像素来当一个像素使用,牺牲了位置坐标信息来换取宽容度的提高。所以其虽然有1234万像素,但只能获得617万个坐标位置,相当于617万像素的分辨率信息。

S3与D3比较由于1个是CCD且为DX画幅,另一个是CMOS且为全幅,只能从原理来分析。D3相当与将两个像素做成一个大像素,而S3相当于在同样的面积下将一个大像素做成两个小像素合并后来感光。由于在同样面积下无论做成无论什么形状两个小像素的面积都只可能等于和小于一个大像素的面积。所以,在深度(高度)一样的情况下,两个小像素合并后的陷容(可容纳光子的容积)只能等于或小于一个大像素的陷容。所以,两个小像素合并后的动态范围只可能小于或等于同面积的一个大像素。富士的资料明确指出两个像素中的小像素的受光面积小于大像素(否则无法改变小像素的斜率),实际上是通过牺牲传感器的灵敏度来改善对高光的宽容度。

从厂家给出的指标看,S5的ISO范围为:ISO100-3200,D3不算扩展的范围为ISO 200-6400,二者相当,均为6档,如果算上扩展,D3将多出3档,应该是D3的动态范围要大一些。但D3的ISO值要高的多,说明D3的灵敏度更高。

M8用的是柯达KAF-10500 CCD传感器,尺寸18×27mm,1030万像素,ISO160-2500。从给出的指标看,ISO范围要小一些,但莱卡可能会比较保守,ISO范围定的也许会比较保守,所以其实际宽容度可能接近S5,比D3要小一些。
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再补充点基本知识,下面这个是CMOS的基本电路结构,请注意放大器(Amplifier)的位置,是在CMOS信号被读出之前。

[flash]http://www_canon_com/technology/s_labo/light/003/05/001.swf[/flash]

下图是佳能所谓硬件降噪的一种原理图,请注意所有这些电路都是模拟电路,是在进入AD转换之前的,AD转换之后才进入数字图像处理部分。

[flash]http://www_canon_com/technology/canon_tech/category/images/electronic_device/01_2.swf[/flash]
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原文由 法无定法 在2009-12-31 18:27发表

不要忘了我们说的是数码传感器,无论在A/D转换前对信号有否放大,都与ISO的放大电路或算法无关,因为ISO的放大电路和算法必须作用在已经检测出来的信号上,也就是是对数字信号作处理,而不是模拟信号,否则就没有任何意义。
......


这几天有点忙没来,楼主还在这自我陶醉在自创的新理论呢

你可以去看看任何一个数码相机的原理图,哪个相机的“ISO放大电路和算法”是对数字信号做处理的?看来你认为是CMOS出来的东西先AD转换再到ISO处理了

你自己好好想一想,如果是这样,那么在放大之前,已经得到了数字信号,还要放大做什么?你以为是数码变焦呢?把所谓的数字信号直接在RAW文件里原样存起来不就行了?这样ISO100岂不可以得到跟ISO6400一样的暗光信号了?

楼主啊,说到底你对数码相机的基本技术常识都是一知半解,即拒绝接受通行的技术理论,又拒绝接受专门的测试网站结果,只剩下误导听众了。

或者楼主是把高ISO下的图像降噪处理当成ISO信号放大了?那个倒是在处理数字信号

[spot 编辑于 2010-01-02 15:13]
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原文由 刘云飞 在2009-12-31 16:10发表
看脑科?

我嗦糊涂兄弟, 明摆着我的几个发言都是对楼主的某个说法有异议,而你我本该是一方滴!你看也不看想也不想就见人砸,差点儿砸到到吕洞宾了啊!


你说的,偶知道。只是对你那个回复有点莫名其妙.......
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原文由 法无定法 在2009-12-31 19:53发表
你的理解完全正确。一般情况下是起跳ISO有最大的动态范围或者宽容度,将ISO设置为这个值时获得的就是我们一般所说的传感器本身的宽容度,在这一点上无论是向上或向下设置ISO实际上都会减小动态范围,偏离的越多,减少的动态范围越大。这也可以理解为在不同的ISO下传感器有不同的动态范围,二者是等价的。在最高ISO值时,传感器的动态范围将变得很小,至于小到多少要看厂家厚不厚道。从我自己的感受来看,尼康还算厚道,即使设置到25600,可能还留有一档的余地。最不厚道的可能是5D2,其25600是否真的能达到标准都值得怀疑。

所以,如果光照条件允许的话,在拍摄时最好还是设置为起跳ISO,此时可以获得最大的动态范围。需要指出的是对D3这类起跳ISO较高(ISO 200)的相机,设置为起跳ISO比使用低一档的扩展ISO要好,而不是如胶片一样,将ISO设置的越低越好。


还在忽悠呢?!

说了半天,还是换汤不换药,你就直接说在高ISO值时大像素图像传感器的画质要好于高像素的画质不就得了嘛?
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原文由 礼平天下 在2009-12-31 19:10发表
看了这段讲解稍微有点明白了。原来像素辨认范围上限是随着面积的增加成比例增加的。
非常感谢!
另外又产生了一个疑问。同一台相机高ISO只是放大信号,cmos的可辨认范围是固定的,那么每调高一档iso,宽容度是不是就要小一档?比如某相机cmos的可辨认范围是100个光子到3200个光子。当我们用iso100拍摄某场景(假设最低iso是100,此时没有放大信号),该场景高光部分刚好3200个光子,暗部刚好100个光子,那么这块cmos的宽容度刚好满足了这个场景光比,刚好完全保留没有丢失。然后我们把iso调到200拍摄同一场景(此时选用相同光圈,曝光时间减半)。由于曝光时间减半导致cmos实际接收到得暗部光子是50个光子,高光区域是1600个光子。然后进行放大,1600的部分可准确地还原到3200而50的部分由于低于可辨认下限就被判为0,那么放大也没用了,也就造成了暗部丢失。所以,如果一块cmos的宽容度是5档EV,厂家把iso做成5档,那么到了最高档iso的宽容度岂不只有1档EV了?
在实际营运中我发现也高iso确实容易丢失暗部。


“1600的部分可准确地还原到3200而50的部分由于低于可辨认下限就被判为0,那么放大也没用了,也就造成了暗部丢失”--的确如此,但这并非只是影响其动态范围,而是对分辨率、色深度、信噪比都会产生全面影响。换言之,其实还是老调重弹,即在高ISO值时大像素图像传感器的画质要好于高像素的画质。

另外,现在的数码相机动态范围一般在ISO设定800及以下时基本没有什么变化,超过800就不仅仅是动态范围小了,而是分辨率、色深及信噪比全面下降,从而导致画质变差。
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如果对这些存有疑虑,倒不如直接去使用胶片。
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原文由 想要云游四方 在2009-12-30 03:02发表
lz说得有道理。但是7D和小马四这种高像素(相对以往)的高ISO机的发布是不是说明佳能在感光元件研发上有了新的进步。

鉴于有5D2虚高标定ISO的劣迹在先,小马四是否表明佳能在感光元件的研发上有了新的进步还有待观察。

倒是SONY又搞出了一种新的CMOS芯片能够显著提升传感器的感光能力,可惜的是目前也只是用于小DC上。

影像传感器革命 索尼Exmor R CMOS传感器

作者:中关村在线 石筱轲 责任编辑:窦瑞冬 【原创】 CBSi中国·ZOL 09年12月20日

对于数码相机来说影像传感器是其技术标准的核心,是数码相机得以日新月异的最根本驱动力,其特性也决定着这个时期数码相机所具有的特性。优秀的影像传感器所具有的独特的物理性质,配合图像处理引擎的自然进化,不断推动数码影像产业向前发展。索尼开发过很多优秀的影像传感器,从SuperHAD CCD到数码摄像机上使用的ClearVid CMOS以及全画幅Exmor CMOS传感器。2009年秋季索尼首次在cyber-shot产品线上推出了使用Exmor R CMOS 影像传感器的数码相机产品——WX1和TX1。自此掀起了影像传感器的新革命。

影像传感器面临的挑战

  在数码相机发展的过程中,人们的要求变得越来越高。早期,用户单纯的追求高像素,目的是为满足了更大幅面的输出。如今当民用级数码相机的像素已经很轻松的超过1000万的时候,对影像传感器的功能提出了更高的要求,高清摄像以及优良的高感光度拍摄能力,已经成为大势所趋。但是对于影像传感器的研发而言,有时候是“互斥”的,难以同时实现。比如,小巧的卡片式数码相机,只能使用尺寸较小的影像传感器,而这种影像传感器的单个像素面积必然要减小,导致它的感光能力变弱。当然,这只是一个泛泛的理论,在数码相机传感器的发展过程中,人们采用了很多方法去弥补这样的不足。采用采用优化微透镜的效率,提高开口率*1的方法,可以在一定程度上弥补这样的弊端。但是,这样的变化只是量变而非质变,面对人们越来越高的要求,影像传感器迫切需要一次革命性的进步。

Exmor R CMOS的绝对创新

  索尼Cyber-shot新品——WX1和TX1,首次在数码相机领域采用了一种全新的Exmor R CMOS传感器。这种Exmor R CMOS传感器的感光能力是过去同尺寸传感器的两倍,因此在光线不足的环境下拍摄,能够大幅降低噪点,获得更清晰的图像。而在此后的实际测试中也表明,这两款Cyber-shot数码相机不仅提供了最高ISO 3200的高感光度,并且噪点抑制能力相当优秀。同时,这两款数码相机还提供了手持夜景拍摄、全景扫描等一系列先进功能也是对新一代影像传感器的技术延伸。

  Exmor R CMOS传感器的秘密究竟在哪里?在揭晓这个秘密之前,我们不妨先来回顾一下传统CMOS传感器的结构。传统的CMOS传感器每个像素点都要搭配一个对应的A/D转换器以及对应的放大电路,因此,这部分电路会占用更多的像素面积,直接导致光电二极管实际感光的面积变小,感光能力变弱。CCD的单个像素点不需要A/D转换器和放大电路,光电二极管能获得更大的实际感光面积,开口率更大,因此在小尺寸影像传感器领域,目前CCD仍占据一定优势,而在大尺寸影像传感器领域,由于单个像素点的面积大,A/D转换器和放大电路占用的面积只是整个像素的很小一部分,影响不大,因此CMOS传感器也得到了广泛的应用。

  而Exmor R CMOS的秘诀是,将光电二极管“放置”在了影像传感器芯片的最上层,把A/D转换器及放大电路挪到了影像传感器芯片的“背面”,而不是像传统CMOS传感器一样,A/D转换器和放大电路位于光电二极管的上层,“挡住了”一部分光线。这样一来,通过微透镜和色彩滤镜进来的光线就可以最大限度地被光电二极管利用,开口率得以大幅度提高,即便是小尺寸的影像传感器,也能获得优良的高感光度能力。

  相比较之下,传统的表面照射型CMOS传感器的光电二极管位于整个芯片的最下层,而A/D转换器和放大电路位于光电二极管上层,因此光电二极管离透镜的距离更远,光线更容易损失。同时,这些线路连接层还会阻塞从色彩滤镜到达光电二极管的光路,因此直接导致实际能够感光更少。而Exmor R背照式CMOS传感器显然一劳永逸地解决了这样的问题。因为这种技术是从硬件结构层面上做了彻底的解决,而不仅仅是优化微透镜、增大开口率这么简单。

Exmor R CMOS的优秀表现

  通过以下的一组数据,我们可以大概了解这种革命性的影像传感器的表现有多么惊人。和传统的表面照射型传感器相比,Exmor R CMOS的灵敏度提高到了2倍,也就是说它对光线的利用效率是原来的2倍,这意味着+6dB灵敏度的提升;同时,Exmor R CMOS传感器自身的噪声也很低,即使是在全黑环境下,该传感器的噪声抑制水平也比传统表面照射型更好,其噪声比过去的产品要低2dB。所以总的来看,“背面照射技术”使图像信噪比提升了8dB,绝对是个了不起的成绩。

Exmor R CMOS的实际应用

  实际上在2009年春季Exmor R CMOS已经首先在索尼的数码摄像机上使用(XR520),但是此次使用在对于画质要求更高的Cyber-shot DSC-WX1/TX1数码相机上还是具有划时代的意义。在新型影像传感器的支撑下,这两款数码相机给我们带来了哪些新奇的特性呢?首先,优秀的高感光度表现自然是必不可少。支持从ISO100~ISO3200的感光度范围,其对光线的灵敏度比传统的CMOS影像传感器提高了约2倍,大幅提升了拍摄画质,得到明亮画面的同时更好地降噪,使得在低照度条件下仍然可以获得细节丰富的照片。

  得益于Exmor R CMOS传感器的高速数据读取,WX1/TX1还提供了两种实用拍摄模式:手持夜景模式和全景模式。手持夜景模式是较高的快门速度下连续拍摄6张曝光不足的照片,然后凭借Bionz处理器对其进行合成,从而得到一张曝光正常的低噪点夜景照片。从实拍来看,你很难相信两款卡片数码相机能够如此轻易地拍摄到高质量的夜景照片,加上两款产品均具备光学防抖功能,这意味着从此你再也不用练习铁手功或者带上三脚架了。而全景拍摄模式同样受益于Exmor R CMOS传感器的高速数据读取。在这种模式下,你可以按住快门进行相机的平移或者旋转,相机便自动拍摄多张照片,然后在机内合成形成一张超宽的全景照片,带给用户全新的拍摄体验。

  动态图像的拍摄,Exmor R CMOS一样相当擅长。WX1/TX1两款数码相机已经提供了1280×720像素、每秒30帧的高清视频拍摄。

·结语

  科技的进步往往来源于优秀的理念Exmor R CMOS的出现,将传统对于像素的追求引深到对于画质和细节的体现。革命性的物理结构,优秀的硬件指标和实拍表现,巨大的升级空间……Exmor R CMOS传感器的出现是影像传感器发展史上一个新的里程碑。它的出现,彻底解决了小尺寸CMOS传感器感光能力弱的 “先天不足”,也给数码影像产业带来一次全新的巨变,也巩固了索尼在影像传感器研发的领导地位。在我们享受Cyber-shot DSC-WX1/TX1两款产品带给我们的快乐和感动的时候,也向那些研发出最新科技的研发人员致敬吧。

*1:通常,数码相机影像传感器的单个像素并不是所有的面积都参与成像。因为,其中还有一部分跟感光不相关的电路(例如CMOS传感器所具备的A/D转换器、放大电路、时钟电路等)会占用一定的面积,剩下的部分才会“留给“用于感光的光电二极管。实际参与感光的光电二极管面积与单个像素的面积之比便称为开口率。显然,开口率越大,影像传感器实际感光的面积就越大,接收光线的能力就越强,各项性能参数也会越优秀。
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原文由 法无定法 在2009-12-31 19:53发表

你的理解完全正确。一般情况下是起跳ISO有最大的动态范围或者宽容度,将ISO设置为这个值时获得的就是我们一般所说的传感器本身的宽容度,在这一点上无论是向上或向下设置ISO实际上都会减小动态范围,偏离的越多,减少的动态范围越大。这也可以理解为在不同的ISO下传感器有不同的动态范围,二者是等价的。在最高ISO值时,传 ......

醍醐灌顶,真的谢了。
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原文由 watman 在2009-12-31 19:37发表

富士Super CCD EXR有宣传的那么强吗?DPREVIEW评测显示LX3像素合并成600万像素,比F200EXR的EXR模式强,实际上普通的CCD都可以合并像素,和Super CCD EXR方式比各有长短。

合并像素首先要知道合并的是哪些像素?这个信息如果不在设计传感器的时候考虑到是无法从现有的传感器中获得的。富士的Super CCD EXR在设计的时候就将色彩滤镜相同的两个像素斜线布置,使得合并的这两个像素感光的是同样的颜色。而普通的马赛克像素布置方式相邻像素的色彩滤镜都是不一样的,无法进行合并。如果不是相邻像素来合并,就会导入较大的位置误差。所以,如果不在设计传感器时考虑到,是无法合并像素的。
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原文由 礼平天下 在2009-12-31 19:10发表

    看了这段讲解稍微有点明白了。原来像素辨认范围上限是随着面积的增加成比例增加的。
    非常感谢!
    另外又产生了一个疑问。同一台相机高ISO只是放大信号,cmos的可辨认范围是固定的,那么每调高一档iso,宽容度是不是就要小一档?比如某相机cmos的可辨认范围是100个光子到3200个光子。当我们用iso100拍摄某场景 ......

你的理解完全正确。一般情况下是起跳ISO有最大的动态范围或者宽容度,将ISO设置为这个值时获得的就是我们一般所说的传感器本身的宽容度,在这一点上无论是向上或向下设置ISO实际上都会减小动态范围,偏离的越多,减少的动态范围越大。这也可以理解为在不同的ISO下传感器有不同的动态范围,二者是等价的。在最高ISO值时,传感器的动态范围将变得很小,至于小到多少要看厂家厚不厚道。从我自己的感受来看,尼康还算厚道,即使设置到25600,可能还留有一档的余地。最不厚道的可能是5D2,其25600是否真的能达到标准都值得怀疑。

所以,如果光照条件允许的话,在拍摄时最好还是设置为起跳ISO,此时可以获得最大的动态范围。需要指出的是对D3这类起跳ISO较高(ISO 200)的相机,设置为起跳ISO比使用低一档的扩展ISO要好,而不是如胶片一样,将ISO设置的越低越好。

[法无定法 编辑于 2009-12-31 19:54]
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原文由 法无定法 在2009-12-31 15:15发表

合并像素是有可能的,见我前面贴出的富士Super CCD EXR感光元件的贴。但这种合并不可能通过升级固件来实现,而是要重新设计传感器像素的布局(包括色彩滤镜),也就是如果要能合并像素必须更换新的传感器。因此,现在买高像素的相机是无法获得这种好处的。


富士Super CCD EXR有宣传的那么强吗?DPREVIEW评测显示LX3像素合并成600万像素,比F200EXR的EXR模式强,实际上普通的CCD都可以合并像素,和Super CCD EXR方式比各有长短。
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原文由 扭曲的曲线 在2009-12-31 01:45发表
首先我本人想不明白一点。
我同时试用过朋友的5D2和d90,因为大家在一起聚会,我仔细比较过,拍摄相同场景明显D90的宽容度高于5D2,我真的不明白。为什么比较,因为记不清哪期《摄影之友》说5D2的宽容度为所有评测全副之最低,阿花900比它都高。我不相信,所以也试验了,大家回去再电脑上看,路灯下,如果路灯曝光正好的话,暗部两台机器差异很明显。索性一点一点的加EV,结果路灯首先5D2死白了不堪入目,暗部确实提亮了,但噪点颗粒感100%看也相当明显,虽然ISO同为100。没啥意义。当然D90也好不哪去。但是很明显5D2确实宽容度不是一般的差。那么号称高感 高像素的机器为什么会这样,我不明白。因为最近想换门,所以一直琢磨5D2。我手里没有阿花900或者D3啥的同时拍比,条件有限。
我现在真的很怀疑是所谓软件在作怪,按理D90这种入门的东西半幅机就像素密度 还是.....反正说不清楚了。

虽然5D2标定的ISO有虚高的嫌疑,但你的这种比较宽容度的方法是有问题的。比较宽容度首先要确定一个比较的基准,一般用高光为基准,因为比较容易设定。具体做法是找一个大光比的场景,将用以比较的相机设定为高光部位刚好不过曝,这可以通过直方图来看,要使得所摄图像直方图的右侧(即图像最亮的部分)刚好在最右边而不被截断,然后各拍摄一张来比较暗部细节,暗部细节多的相机宽容度较好。需要注意的是在图像处理软件中要对暗部细节的亮度进行提升才能看清楚,比较的图像提升暗部亮度时参数要一致。

看是否过曝很难比较不同相机的宽容度,因为很难将相机设置到最小曝光量上,如果比较的相机不在同一个起点上,比较的结果是没有意义的。
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大家不要搞人生攻击啊,心平气和讨论才好。

我偏向于认同楼主观点,很多人无法接受iso范围与动态范围之间的联系,理由是“厂家没有这么说”,其实在电子IT类产品公司呆过的都知道,厂家不能说的东西太多了,不仅不说还会按照行规“欺骗”消费者。消费者永远不是上帝,厂家才是上帝。
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原文由 法无定法 在2009-12-31 14:42发表
1、你可以这样来考虑,假如在同一种CMOS的芯片上做成两种传感器,一种是大像素的,另一种是高像素的,显然,大像素传感器的单个像素采光面积要大于高像素的。由于是同一种CMOS芯片,面积大表明容积也大,因为容积是面积乘以深度,而同一种芯片的深度是一样的。所以,结论就是面积大的像素能够容纳的光子数也要多,因此, ......

    看了这段讲解稍微有点明白了。原来像素辨认范围上限是随着面积的增加成比例增加的。
    非常感谢!
    另外又产生了一个疑问。同一台相机高ISO只是放大信号,cmos的可辨认范围是固定的,那么每调高一档iso,宽容度是不是就要小一档?比如某相机cmos的可辨认范围是100个光子到3200个光子。当我们用iso100拍摄某场景(假设最低iso是100,此时没有放大信号),该场景高光部分刚好3200个光子,暗部刚好100个光子,那么这块cmos的宽容度刚好满足了这个场景光比,刚好完全保留没有丢失。然后我们把iso调到200拍摄同一场景(此时选用相同光圈,曝光时间减半)。由于曝光时间减半导致cmos实际接收到得暗部光子是50个光子,高光区域是1600个光子。然后进行放大,1600的部分可准确地还原到3200而50的部分由于低于可辨认下限就被判为0,那么放大也没用了,也就造成了暗部丢失。所以,如果一块cmos的宽容度是5档EV,厂家把iso做成5档,那么到了最高档iso的宽容度岂不只有1档EV了?
    在实际营运中我发现也高iso确实容易丢失暗部。
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这玩意要闹明白啦,估计山寨也快啦。。。。
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原文由 spot 在2009-12-31 10:00发表
动态范围应该是灰度等级的范围,这个我说的简化了。

但是我说的道理是很简单啊。就是说,高ISO下相机的暗光记录能力,与低ISO下是无关的,不是一个东西,不能直接引用。

CMOS感光能力,高ISO下和低ISO下是一样的。但是,高ISO下AD转换是接受的放大后的信号,低ISO下没有放大,当然就有一部分暗光记录不下来(虽然CMOS的确能产生光电子),这不是明摆的吗?否则,低ISO下RAW文件的暗光记录能力跟高ISO一样,那还要高ISO干吗?

简单打个比方,高ISO下相机的动态范围是从1-3,那么低ISO下可能是从2-8,也可能是从2.5-10,这两个ISO下的动态范围根本就没有关系,不是一回事。厂家说的ISO可用范围跟动态范围根本就没有关系。你可以遍查网络,有哪个厂家说自己的ISO可用范围代表了相机的动态范围?

楼主你始终忽略了在记录到RAW之前相机里还有AD转换电路,它的转换范围和精度都是有限的,固定的,这可能是你的整个“理论”与实际情况的差异所在。

[spot 编辑于 2009-12-31 10:04]

“动态范围应该是灰度等级的范围,这个我说的简化了”,你的这个说法依然是错误的。还是用我前面举过的例子:一架10米高的楼梯可以作成100级,另一架5米高的楼梯也可以做成100级,你能够以此说明这两架楼梯的登高范围是一样的吗?既然是讨论技术问题,用语必须严谨,不要搞出一些捣浆糊的说法,否则我无法理解你的观点。

请先搞清楚动态范围最小值的定义就是可以分辨出来的最小信号,用我首贴里说过的含义,是A/D转换后能够将一位二进制从0变为1的那个值,不要忘了我们说的是数码传感器,无论在A/D转换前对信号有否放大,都与ISO的放大电路或算法无关,因为ISO的放大电路和算法必须作用在已经检测出来的信号上,也就是是对数字信号作处理,而不是模拟信号,否则就没有任何意义。

我说的是从厂家给出的ISO范围可以比较其所用传感器的动态范围大小,不是“ISO可用范围代表了相机的动态范围”,厂家当然也不会这样说。而且我说的是我自己的观点,不是从网上抄袭来的,你当然在网上找不到。你可以指出我的观点不成立的论据,但以网上找不到这样的说法作为我的观点不成立的理由是不是太那个了一点?

还有,你最好先搞清楚ISO放大电路或算法的作用我们再继续,否则在这个问题上还是会像动态范围一样,你说的和我说的根本就不是一回事。

[法无定法 编辑于 2009-12-31 18:36]
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