主题:从佳能CMOS技术进步猜测5D3能达到的水平
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陈年泡菜
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佩剑者 发表于 2012-7-1 14:39

所以,暗部动态范围有没有意义你应该有自己的结论。...


呵呵,楼下那两个ID是专门来捣乱的,没必要回复他们

在这整个帖子里,我的观点一直是,佳能传感器的暗部信噪比相对索尼传感器是弱项,但DXO这种用极暗部(前面列举过,基本上是10个光子量级)差异计算动态范围的方法,夸大了佳能传感器的暗部差距,得出的动态范围指标,没有什么实用意义。

也就是说,如果使用者根据DXO的指标数字,试图用所谓超高动态范围的相机拍一张照片容纳13档,甚至14档光比,那么他根本不会得到有13EV细节的照片。这样的指标,有什么实用价值呢?

实际上如果看DP的动态范围测试结果对比,它用来测试的目标,是一个包含了总计13EV的渐变目标(目前还没有一个测试相机能表现全部动态范围),其中每个灰块代表1/3EV的亮度差异。

测试结果对比参考下图,即使打开后期动态范围优化曲线,5D3比D800也就是略差(10.5对11.2),如果关掉所有优化曲线功能,5D3的表现甚至还要更好些(9.9对9.7)。基本上,DP测试的绝大部分DSLR,都在9.5-11的范围之间。

当然,DP的方法和结论都是以JPG为基础的,因此只能做个参考,不过,可能确实比较接近实拍效果。
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但如果提高ISO满井容量不变,那么解释BLOOMING现象呢,因为ISO提高后原来的红灯绿灯就会变成白灯。

spot 发表于 2012-6-29 00:33
满井容量,是像素的物理特征,当然是不变的,提高ISO设置后,相当于增大了光电子转变为电压信号的放大倍数,那么就会更快达到ADC的转换上限,从最后的效果上也就是更早达到饱和。换句话说,高ISO下像素可以累积更多的光电子,但因为AD转换已达到上限,输出就完全是平的了,多出来的光电子是输出不可见的。

ISO放大,原则上应该是模拟信号处理(比如通过改变工作电压来改变放大器输出信号幅度),而扩展ISO的含义,就是使用了一部分(或全部)数字放大方式(对AD转换后的数据按比例改变亮度)。

就拿5D3的ISO50来说,DXO的Full SNR曲线显示,5D3的ISO50与ISO100信噪比曲线几乎完全重合,物理上的特性跟ISO100基本一样,那么,可以肯定,5D3的ISO50主要是通过数字方式实现的。

高ISO的扩展,则比较复杂,不同厂家各有不同实现方式,一般来说,都是用模拟方式放大一部分,再用数字方式放大一部分,因此信噪比恶化速度比完全用模拟方式放大的理想状态要更快。当然,这个时候通常信号已经脱离器件的线性工作区,因此已不可能使用完全模拟放大方式,只能混合一部分数字放大效果。由于数字放大与模拟放大原理的差异,数字放大是不能改善信噪比(只会恶化),往往厂家还要做一些数字降噪处理,最终 ...
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模拟电压实在太低可以先模拟放大啊,高精度运放没有么?
fasciae 发表于 2012-7-1 07:17
CMOS输出的模拟电压实在太低了。在这个基础上,要保证16bit比14bit有优势,对AD的精度要求很高。当然,如果是为了16bit而16bit,最终分辨精度和14bit是一样的,这也是可以的,但成本不久白浪费了?

宾得那个我也听说了,只是处理过程有22bit
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真X3无双 发表于 2012-7-1 09:27
我觉得LZ的话很有意思:"DR(动态范围)考虑暗部没有意义".动态范围不考虑暗部难道要去考虑中灰部才有意义么?请问LZ,什么叫动态范围?


楼主的结论,自己参考吧,重要的是楼主给出了很多分析数据,这个让我们知道怎么去比较。

就以现在热门的5D3和D800的对比来说,DXO评分中的D800的动态范围比5D3大了很多,但真实情况是什么样的,楼主通过分析得出两者实际差距没有那么大,原因是1) DXO的缩图算法计算动态范围不合理;2) DXO的计算过分看重了人眼不可见的暗部。

1) DXO的算法不合理,主要是因为缩图并不能增加一张照片中原有最亮和最暗的内容和细节,其次DXO的算法如果按极端的情况则比较搞笑会得到一个动态范围极大的“神奇的一个像素”。
2) DXO对人眼不可见部分权重较高,实际在直接比较动态范围时,感觉和DP这样的结论比较接近,两者相差约0.1EV,没有DXO上的差距大。而DXO的数据有没有意义?我认为也是有一点的,因为这段时间网上很多对照片进行提亮几档再进行比较的,这里可以看出D800提亮后暗部噪点明显少于5D3。但是贴里前面回复的人基本也赞同对暗部提亮的细节不如正常曝光的细节。至于楼主后面提到的用HDR来拍光比大的环境,这个我持保留意见,不是所有环境都能那样拍的。

至于暗部信噪比高的机器,高感下降比较快,这个或许只能在同一代机器中比较吧。

所以,暗部动态范围有没有意义你应该有自己的结论。同样是DXO的原始数据,不同的分析得到不同的结论,我们质疑DXO也可以同样质疑楼主;但需要学会分析得到自己需要的结论和数据,得到不同的器材的优势和劣势,供自己以后有选择时参考。

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真是莫名其妙 发表于 2012-7-1 10:38
你这个问题为难他了,他适合做做数学题来提高佳能CMOS技术水平,对佳能实拍中暗部噪点和高光溢出视而不见!

我觉得这是根据LZ的逻辑确定的:首先我们可以看出,LZ已经为自己的这篇文章定下了调子,那就是假能的CMOS水平肯定很高。

其次,LZ再以“假能的CMOS水平很高”为论点展开讨论,任何能证明第一点的论据都是正确的都是成立的,而任何能推翻第一点的论据都是不可信的,或者说无足轻重的。因此,所谓的长篇大论,所谓的种种数据分析,看似非常高深莫测,其实都是扯淡,根本毫无意义,因为任何对假能不利的事实都被LZ忽视甚至冷嘲热讽,你所做的一切无非是为了证明你的那个假设而已。
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eos3v 发表于 2012-3-4 23:53
LZ分析得很理性,一看就是理科生。俺们文科生也就看看构图、色彩啥的了。


做个记号。怎么感觉做文科生爽呢,也不能动脑子~
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真X3无双 发表于 2012-7-1 09:27
我觉得LZ的话很有意思:"DR(动态范围)考虑暗部没有意义".动态范围不考虑暗部难道要去考虑中灰部才有意义么?请问LZ,什么叫动态范围?


你这个问题为难他了,他适合做做数学题来提高佳能CMOS技术水平,对佳能实拍中暗部噪点和高光溢出视而不见!
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我觉得LZ的话很有意思:"DR(动态范围)考虑暗部没有意义".动态范围不考虑暗部难道要去考虑中灰部才有意义么?请问LZ,什么叫动态范围?
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zjufan 发表于 2012-6-30 23:05
AD有三种,如果16位比14位成本高很多,那应该是并联比较型吧?那我就不知道当年K10D的22位AD怎么整的。
像素输出电压范围是几乎恒定的没错,但4位半和3位半万用表的区别不用我说了吧?

CMOS输出的模拟电压实在太低了。在这个基础上,要保证16bit比14bit有优势,对AD的精度要求很高。当然,如果是为了16bit而16bit,最终分辨精度和14bit是一样的,这也是可以的,但成本不久白浪费了?

宾得那个我也听说了,只是处理过程有22bit
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zjufan 发表于 2012-6-30 23:05
AD有三种,如果16位比14位成本高很多,那应该是并联比较型吧?那我就不知道当年K10D的22位AD怎么整的。

像素输出电压范围是几乎恒定的没错,但4位半和3位半万用表的区别不用我说了吧?


K10D是个另类(不知道它的设计人员怎么想的),虽然它用的那个ADC芯片(应该是NuCore的NDX-2240的OEM版本)内部使用了22bit的数据通道,那只是因为实际上那个芯片是个包含了某些图像处理功能的混合芯片,内部的22bit是为了减少计算误差,芯片的模拟量通道只有12,14,16bit三种版本,实际上K10D使用的AD转换只用到了固定的12bit版本。
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AD有三种,如果16位比14位成本高很多,那应该是并联比较型吧?那我就不知道当年K10D的22位AD怎么整的。

像素输出电压范围是几乎恒定的没错,但4位半和3位半万用表的区别不用我说了吧?

fasciae 发表于 2012-6-30 22:56
不会这样实现的,AD的精度和成本密切相关,而且16bit的价格不菲。用得起真16bit的AD的,哪里舍得只利用了14bit
另一方面解释是:像素输出电压范围是几乎恒定的,无法提供AD高低输入来选择
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zjufan 发表于 2012-6-30 22:53
像素里的AD你是误解了。

一开始我说的是像素的AD,可能没说清楚。是指每个像素使用的AD。

原来我在想,比如说16位的AD,那么iso 100就相当于取低14位,iso 50如果是数字方式的话,就相当于iso100取低15位,然后右移1位,把低14位输出,不知道是不是这么实现的。

不会这样实现的,AD的精度和成本密切相关,而且16bit的价格不菲。用得起真16bit的AD的,哪里舍得只利用了14bit
另一方面解释是:像素输出电压范围是几乎恒定的,无法提供AD高低输入来选择
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像素里的AD你是误解了。

一开始我说的是像素的AD,可能没说清楚。是指每个像素使用的AD。

原来我在想,比如说16位的AD,那么iso 100就相当于取低14位,iso 50如果是数字方式的话,就相当于iso100取低15位,然后右移1位,把低14位输出,不知道是不是这么实现的。

spot 发表于 2012-6-30 21:31
呵呵,这个问题没必要再多说了,像素里的放大器,只是把光电子转换成作为ADC输入的电压信号而已。这个电压信号完全是模拟量的范畴,没有进行量化,根本谈不上AD。

要是变成电压信号就是AD,那么,就用不上数字电压表了,从发电厂出来就有AD了

至于ADC的数量,早期整个传感器就几个(1个,2个,4个,8个的都有),现在十几个,几十个,按列模式多的有几百上千个ADC。

这方面新技术层出不穷,甚至有一种结构,每列的上半部分和下半部分各有一个ADC,但是多个ADC之间共用低5位电路,自己独立的电路只有高9位,以此减少耗电和噪声,这很难数出来到底有多少ADC

不过,不管什么结构,有一点是共同的,像素里面只有放大器,是没有什么AD的
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zjufan 发表于 2012-6-30 15:47
有电压信号不就是直接AD了么?
是一个像素一个ADC还是一行/列一个ADC还是更多像素共用一个ADC。


呵呵,这个问题没必要再多说了,像素里的放大器,只是把光电子转换成作为ADC输入的电压信号而已。这个电压信号完全是模拟量的范畴,没有进行量化,根本谈不上AD。

要是变成电压信号就是AD,那么,就用不上数字电压表了,从发电厂出来就有AD了

至于ADC的数量,早期整个传感器就几个(1个,2个,4个,8个的都有),现在十几个,几十个,按列模式多的有几百上千个ADC。

这方面新技术层出不穷,甚至有一种结构,每列的上半部分和下半部分各有一个ADC,但是多个ADC之间共用低5位电路,自己独立的电路只有高9位,以此减少耗电和噪声,这很难数出来到底有多少ADC

不过,不管什么结构,有一点是共同的,像素里面只有放大器,是没有什么AD的
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你这个说的是哪儿?

fasciae 发表于 2012-6-30 16:58
电压可能是模拟信号,不代表已经AD
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zjufan 发表于 2012-6-30 15:47
有电压信号不就是直接AD了么?
是一个像素一个ADC还是一行/列一个ADC还是更多像素共用一个ADC。

是更多共用一个
电压可能是模拟信号,不代表已经AD
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spot 发表于 2012-6-30 05:18
你指的是佳能的SRAW(或者MRAW,SRAW1,SRAW2等)吗?那么这应该跟传感器的像素选择无关。虽然厂家没有公布过准确的技术信息,但从各种现象分析,佳能并没有任何硬件上的像素合并功能,SRAW应该是在产生完整的RAW以后,再通过机内处理缩图,产生更小的RAW文件。其效果跟在外部缩图应该是一样的,唯一的好处大概就是能节省卡上的一些存储空间。


我只用JPG,从不用RAW的。但我已经明白你说的意思了,谢谢!
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有电压信号不就是直接AD了么?
是一个像素一个ADC还是一行/列一个ADC还是更多像素共用一个ADC。

spot 发表于 2012-6-30 00:37
像素里的AD?没看懂,CMOS像素里只有一个放大器把光电子变成电压信号,哪有什么AD,你这信息是不是百度来的,以前曾经有一位ID是法无定法的资深就闹过这笑话,他引用的资料就是百度来的。

结论是可以看百度,千万别信百度

选择多少位是厂家综合需求和定位,以及传感器的结构设计确定的,对佳能的CMOS,换成16位也不见得能提高多少。
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TXD 发表于 2012-6-30 02:06
请教楼主,如果2000万像素的相机只选择1000万来拍摄,像素信息是如何采样的?是两个像素合并成一个还是隔一个采集一个?或是什么其他的方法?


你指的是佳能的SRAW(或者MRAW,SRAW1,SRAW2等)吗?那么这应该跟传感器的像素选择无关。虽然厂家没有公布过准确的技术信息,但从各种现象分析,佳能并没有任何硬件上的像素合并功能,SRAW应该是在产生完整的RAW以后,再通过机内处理缩图,产生更小的RAW文件。其效果跟在外部缩图应该是一样的,唯一的好处大概就是能节省卡上的一些存储空间。
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TXD 发表于 2012-6-30 02:06
请教楼主,如果2000万像素的相机只选择1000万来拍摄,像素信息是如何采样的?是两个像素合并成一个还是隔一个采集一个?或是什么其他的方法?


你指的是佳能的SRAW(或者MRAW,SRAW1,SRAW2等)吗?那么这应该跟传感器的像素选择无关。虽然厂家没有公布过准确的技术信息,但从各种现象分析,佳能并没有任何硬件上的像素合并功能,SRAW应该是在产生完整的RAW以后,再通过机内处理缩图,产生更小的RAW文件。其效果跟在外部缩图应该是一样的,唯一的好处大概就是能节省卡上的一些存储空间。
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请教楼主,如果2000万像素的相机只选择1000万来拍摄,像素信息是如何采样的?是两个像素合并成一个还是隔一个采集一个?或是什么其他的方法?

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蜂鸟这里有个D800和5D3的分辨率图测试的结论,但没有提供原图,就以它的结论来看,分辨率确实和楼主计算的比较接近。

http://qicai_fengniao_com/280/2809637_all.html#p2809637
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zjufan 发表于 2012-6-30 00:23
5d3的raw是14位的,不知道每个像素的AD是多少位的,按理说6万多满井容量应该用16位A/D才比较合理。


像素里的AD?没看懂,CMOS像素里只有一个放大器把光电子变成电压信号,哪有什么AD,你这信息是不是百度来的,以前曾经有一位ID是法无定法的资深就闹过这笑话,他引用的资料就是百度来的。

结论是可以看百度,千万别信百度

选择多少位是厂家综合需求和定位,以及传感器的结构设计确定的,对佳能的CMOS,换成16位也不见得能提高多少。
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5d3的raw是14位的,不知道每个像素的AD是多少位的,按理说6万多满井容量应该用16位A/D才比较合理。

spot 发表于 2012-6-29 22:07
扩展ISO,总的来说还是以厂家标准确定的,但肯定是加入了比较多的数字处理成分。

从5D3的Full SNR曲线来看,ISO50应该是以数字方式实现的。

这个SNR低于某个值的说法,也不矛盾,不能说错误,只是比较含糊,扩展ISO肯定SNR低,否则厂家就把它算正常的了,但低于多少算可接受呢?H1低,H2岂不是更低?

从我看到的资料来看,扩展ISO肯定是有数字放大成分在里面,至少像素的截止光电子容量,并没有成倍数减少。当然,不同厂家有不同的实现方式,有些厂家甚至可能从较低ISO就有数字处理成分在里面,只是扩展ISO的数字成分更大一点。
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zjufan 发表于 2012-6-29 19:01
那你的意思是扩展的iso50相当于iso100然后在电脑上做-1ev的调整?

还有高iso扩展,我听到另外的一种说法是,当snr低于某个值后就标注为扩展。


扩展ISO,总的来说还是以厂家标准确定的,但肯定是加入了比较多的数字处理成分。

从5D3的Full SNR曲线来看,ISO50应该是以数字方式实现的。

这个SNR低于某个值的说法,也不矛盾,不能说错误,只是比较含糊,扩展ISO肯定SNR低,否则厂家就把它算正常的了,但低于多少算可接受呢?H1低,H2岂不是更低?

从我看到的资料来看,扩展ISO肯定是有数字放大成分在里面,至少像素的截止光电子容量,并没有成倍数减少。当然,不同厂家有不同的实现方式,有些厂家甚至可能从较低ISO就有数字处理成分在里面,只是扩展ISO的数字成分更大一点。
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那你的意思是扩展的iso50相当于iso100然后在电脑上做-1ev的调整?

还有高iso扩展,我听到另外的一种说法是,当snr低于某个值后就标注为扩展。

spot 发表于 2012-6-29 00:33
满井容量,是像素的物理特征,当然是不变的,提高ISO设置后,相当于增大了光电子转变为电压信号的放大倍数,那么就会更快达到ADC的转换上限,从最后的效果上也就是更早达到饱和。换句话说,高ISO下像素可以累积更多的光电子,但因为AD转换已达到上限,输出就完全是平的了,多出来的光电子是输出不可见的。

ISO放大,原则上应该是模拟信号处理(比如通过改变工作电压来改变放大器输出信号幅度),而扩展ISO的含义,就是使用了一部分(或全部)数字放大方式(对AD转换后的数据按比例改变亮度)。

就拿5D3的ISO50来说,DXO的Full SNR曲线显示,5D3的ISO50与ISO100信噪比曲线几乎完全重合,物理上的特性跟ISO100基本一样,那么,可以肯定,5D3的ISO50主要是通过数字方式实现的。

高ISO的扩展,则比较复杂,不同厂家各有不同实现方式,一般来说,都是用模拟方式放大一部分,再用数字方式放大一部分,因此信噪比恶化速度比完全用模拟方式放大的理想状态要更快。当然,这个时候通常信号已经脱离器件的线性工作区,因此已不可能使用完全模拟放大方式,只能混合一部分数字放大效果。由于数字放大与模拟放大原理的差异,数字放大是不能改善信噪比(只会恶化),往往厂家还要做一些数字降噪处理,最终 ...
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zjufan 发表于 2012-6-28 23:37
那提高iso 是不是降低满井容量?
那个iso 50的扩展又是怎么回事?


满井容量,是像素的物理特征,当然是不变的,提高ISO设置后,相当于增大了光电子转变为电压信号的放大倍数,那么就会更快达到ADC的转换上限,从最后的效果上也就是更早达到饱和。换句话说,高ISO下像素可以累积更多的光电子,但因为AD转换已达到上限,输出就完全是平的了,多出来的光电子是输出不可见的。

ISO放大,原则上应该是模拟信号处理(比如通过改变工作电压来改变放大器输出信号幅度),而扩展ISO的含义,就是使用了一部分(或全部)数字放大方式(对AD转换后的数据按比例改变亮度)。

就拿5D3的ISO50来说,DXO的Full SNR曲线显示,5D3的ISO50与ISO100信噪比曲线几乎完全重合,物理上的特性跟ISO100基本一样,那么,可以肯定,5D3的ISO50主要是通过数字方式实现的。

高ISO的扩展,则比较复杂,不同厂家各有不同实现方式,一般来说,都是用模拟方式放大一部分,再用数字方式放大一部分,因此信噪比恶化速度比完全用模拟方式放大的理想状态要更快。当然,这个时候通常信号已经脱离器件的线性工作区,因此已不可能使用完全模拟放大方式,只能混合一部分数字放大效果。由于数字放大与模拟放大原理的差异,数字放大是不能改善信噪比(只会恶化),往往厂家还要做一些数字降噪处理,最终的信噪比结果就很复杂了。
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那提高iso 是不是降低满井容量?
那个iso 50的扩展又是怎么回事?

spot 发表于 2012-6-28 19:00
4.5是光电子,这是按D800的动态范围倒推的,D800在ISO100下的动态范围是13.23,相关数据你可以自己到DXO网站上查看。基本上就是10000倍,用满井容量一除,就是4.5个光电子,如果考虑上56%左右的QE,那么对应的是8-10个光子。

如果从开始就看我的帖子,就会知道我从来没有说过DXO的数据是错误的。我前面早就说过,DXO的Full SNR数据是网络上难得的全面,详细,比较严谨的传感器RAW测试数据,基本上能跟各类实验结果对的上。

我的观点一直是,DXO的这个动态范围结果是没有什么实用意义的。

从前面的几个回帖中可以看出,这个亮度对应的基本上是完全无法看到物体的曝光量。这个曝光量下,有什么细节,色彩,反差可看呢?用这个数据来比较动态范围,得出的结论有什么实用价值呢?

而且,要知道在暗部,传感器的信噪比曲线并非线性的,在这个亮度区域,信噪比曲线斜率变化很大。也就是说,从10个1光子区域的信噪比,是无法推算出100个光子区域的信噪比,更无法推算出1000个光子的信噪比。因此,DXO的这个结果,是无法让人知道出,在有意义的暗部区域,比如说100个光子,或者200个光子的暗部区域,到底传感器的信噪比表现如何。我前面举过的例子,虽然5D3在1.7%以下的亮度区域信噪比低于D80 ...
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fasciae 发表于 2012-6-28 09:27
可以达到4.5 光子 还是 光电子?对应英文是什么?要不给个DXO链接看看?
45000是万倍,13.3EV的动态?听起来真不错哦。


4.5是光电子,这是按D800的动态范围倒推的,D800在ISO100下的动态范围是13.23,相关数据你可以自己到DXO网站上查看。基本上就是10000倍,用满井容量一除,就是4.5个光电子,如果考虑上56%左右的QE,那么对应的是8-10个光子。

如果从开始就看我的帖子,就会知道我从来没有说过DXO的数据是错误的。我前面早就说过,DXO的Full SNR数据是网络上难得的全面,详细,比较严谨的传感器RAW测试数据,基本上能跟各类实验结果对的上。

我的观点一直是,DXO的这个动态范围结果是没有什么实用意义的。

从前面的几个回帖中可以看出,这个亮度对应的基本上是完全无法看到物体的曝光量。这个曝光量下,有什么细节,色彩,反差可看呢?用这个数据来比较动态范围,得出的结论有什么实用价值呢?

而且,要知道在暗部,传感器的信噪比曲线并非线性的,在这个亮度区域,信噪比曲线斜率变化很大。也就是说,从10个1光子区域的信噪比,是无法推算出100个光子区域的信噪比,更无法推算出1000个光子的信噪比。因此,DXO的这个结果,是无法让人知道出,在有意义的暗部区域,比如说100个光子,或者200个光子的暗部区域,到底传感器的信噪比表现如何。我前面举过的例子,虽然5D3在1.7%以下的亮度区域信噪比低于D800,但5D3的信噪比曲线上升斜率更大,过后反而信噪比要更高,这个结果从DXO的动态范围数字上是无法看到的。

换句话说,如果DXO选择更有意义一点的暗部亮度,比如说0.5%(对于200-300个光子),那么5D3信噪比虽然比D800还是要差一些,但差距已经少很多了。就像我前面举过的对比,如果缩图到50%,其实也就看不出太大差异了。

现在DXO计算动态范围评分的方法,极大夸张了这两个传感器在实际照片的暗部表现差距。
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