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关于CCD像素和动态范围的问题  

2012-05-13 22:33:37|  分类: 摄影 |  标签: |举报 |字号 订阅

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这是因为像素太密集会产生“串扰”现象,宏观表现就是横向色差和噪点增加。像素不用满客观上加大了成像像素之间的间隔,所以才会有益于画质的改善。我做过十二种品牌相机的不同像素对比试验,(前提是生成同样大小的照片),才有的这个结论。



首先要说明,动态范围大并不意味着图像清晰度高,而是可以避免动态范围不足的种种弊病。动态范围不足的直接表现是可见噪点增加和高光溢出。

 

    像素密度和信号噪波比也就是动态范围这个问题很难用通俗的白话来描述,您非要知道,我就只能说得最简单一点:

 

    CCD的动态范围,就是在一个CCD像素单元中满势阱电子容量与阱底噪声电子之比。因此设计者希望CCD像元中满势阱电子越多越好,而阱底噪声电子越少越好。例如CCD满势阱容量为85,000个电子,阱底噪声电子为17,由此计算出的动态范围就是5,000∶1。

 

    在简单的CCD系统中,CCD经快速扫描后传输出来,经A/D变换电路转化成数字量化存储,显示和处理。

 

    对于一般高像素的CCD相机,通常在总面积一定的前提下,每个CCD像素单元面积很小,因此在给定的曝光时间内所产生的电子数达不到满势阱电子;同时成像过程中产生的噪波因素很多,如行、场的同步抖动噪声,热噪声,量化噪声等,这一切决定了信噪比会受到抑制。同时大量增加的像素势必造成CCD的扫描速率提高,而读出放大器的噪声又是随CCD的扫描速率而增加的。

 

    如果要在高密度像素的条件下提高信噪比,那么就只有两个途径:降低同步抖动噪声,热噪声,量化噪声和相应增加光量子的数量,也就是在CCD内增加有用满势阱电子的数量提高信噪比。

 

    打住!不能再说了——已经有人要砸砖头了!这里不是光量子学的课堂。

 

    您只要知道运用“重复叠加原理”改变算法,和“反向逆补偿”可以增加满势阱电子数量并且降低阱底噪声电子数量(这就是增加信噪比)就可以了

 

    说点大家都爱听的:

 

    通过设计者的电子手段处理以后,像素机在低像素数设定下的拍摄质量,不但强于同样像素CCD用满时的拍摄质量,而且优于高像素机自己在满像素、高ISO时的画面质量。

 

    举例说,佳能A640,共有1040万像素,设定在600万像素下拍摄,其画面质量、包括清晰度都会优于另外一台佳能600万像素机的拍摄质量;

 

    同理,同一架A640,设定在ISO400感光度,用600万像素拍摄,其噪点、动态效果会强于ISO400感光度时用1000万像素拍摄的噪点、动态效果。



再说得明白点:

 

    买个像素的数码机,不在满像素下拍摄使用,比低像素机用满像素拍摄,画质噪点方面要好很多(尽管两个拍摄时的标称像素数一样);

 

    就是对于高像素机自己来说,也是欠些不满的像素数拍摄,比满像素拍摄噪点要少很多。


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对于感光元件来说,可感受光照强度的范围一定的情况下,输出电信号的强度和曝光量之间的关系,也就是曝光曲线的斜率,在有限的范围内影响所谓的“动态范围”。胶片就是“宽容度”。 至于“动态范围”是大好还是小好?这个问题不能一概而论。现在数码单反相机不少都有“动态优化”功能,也不是在那里都好使!最起码的在光比不大的环境下用最高级的“动态优化”设置,会让你增加很多后期处理的时间。 有个别相机,在入门级型号中使用低质量的感光元件,感受光照强度的范围并不大,通过在算法中人为增加暗部电信号输出的放大倍率,造成表面的“动态范围大”的假象。拍出的片子直观上看和高档相机的“动态范围”很相像,但是仔细看,暗部噪点水平很高。后期处理时会感觉图像的可调整范围小。 对于CMOS和CCD由于电信号采集方式的不同(串、并行的问题),所以CMOS快于CCD,但噪点也多,降噪的力度就会加大,但是它快,所以越高像素的、越快连拍的相机,越会使用CMOS,而以高质量图像、不要求存储和连拍速度见长的“数码后背”,就往往见不到CMOS的影子了,还是以CCD居多。



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这个帖子是4年前的讨论。

    如今这个讨论中提到的情况有了一些变化:

    关于高像素机不用最高像素拍摄,信噪比能够有所提高的经验是没有错的。但是这是建立在“满幅面像素间隔工作”的前提下的。

    而现在有些卡片机和便携机,在降低像素数拍摄时,不再是“间隔使用像素”,而是采用了“中心裁切”的方式降低像素数目。表现出来的效果就是在说明书中提示:在低像素下(例如1600x1200)可以大大提高无损变焦倍数。本来3倍变焦的镜头,这时可以到若干倍、甚至数十倍的“无损变焦”——这实际上是和半画幅与全画幅的关系一样,通过裁切画面中央的一块极小的部分,使得镜头“折合焦距”变得极大,从而“无损变焦”。

    这种设计的小数码机,在不用满像素拍摄的时候,就不会有噪点降低的效果。因为这时像素的密度没有改变。

    数码单反机不满像素拍摄状态仍旧是间隔像素工作的。



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