※ 引述《ll35566 ( 东健哥)》之铭言：
: 我对于这系列有关DR跟noise的来源还有些疑问
: 首先因为讯号处理的过程是
: 【Sensor】→【AMP】→【ADC】→
: 类比 类比 数位
: Canon架构的的ADC不是直接做在sensor的那片chip上面
: 而sony架构的是Column Parallel ADC
: 其实是做在每一个pix的Column底下的
: 所以ADC数量比较多 可以用比较低的频率去做类比数位转换
: 所以SONY的read noise比较少?
: 比如说1DX的 ISO 100跟A7r的iso100 和iso6400
: http://sensorgen.info/CanonEOS-1DX.html
: http://sensorgen.info/SonyA7R.html
: 1DX
: ISO Read Noise(e-) Saturation (e-) DR (stops)
: 100 38.5 90101 11.2
: 我自己猜DR大概可能是Saturation减去Read Noise 除上Read Noise 再以2为底的log
: log_ ((90101-38.5)/38.5)~11.19 也就是电子能比过噪声的最低数量
: 2
: 一直到电子饱和之后的数目的数量级有多少
: 6400 1.9 1524 9.7
: log_ ((1524-1.9)/1.9)~9.66
: 2
: A7R
: ISO Read Noise(e-) Saturation (e-) DR (stops)
: 100 5.3 47081 13.1
: log_ ((47081-5.3)/5.3)~13.11
: 2
: 6400 2.7 801 8.2
: log_ ((801-2.7)/2.7)~8.21
: 2
: 但是在这边我有一个疑问
: CANON的Saturation这么高
: 如果CANON用跟SONY一样的ADC架构的话不是就可以降低CANON的read noise了?
: 假设1DX降低到跟A7R在ISO100的read noise一样的话
: log_ ((90101-5.3)/5.3)~14.05
: 2
: 那不就超越了A7R的DR了
: 但是我去查一下CANON好像也有发表过类似SONY的这种ADC架构的专利
: 那为什么Canon不推出来呢? @@"!
为什么Canon坚持off-chip的ADC？这是其商业考量，小弟无法置喙。但就您的第二个问题
：1DX的动态范围，理论上是否能超越A7R？在回答之前，我们先来讨论什么是满井容量、
读取噪声，以及动态范围。
首先要声明：由于希望这样的主题能让更多板友一起参与讨论、而不是只限于部份专业人
士，因此以下的说明会尽可能排除专业术语，以并不十分精确、但较易理解的方式来说明
。希望板友不必担心主题过于艰深，而放弃共同讨论。
我们一般对动态范围(DR)的认知是：相机于一张照片中，在最亮部和最暗部之间，可以正
确纪录的资讯。因此，在讨论DR之前，我们必须先讨论：对于相机来说，怎么去定义“最
亮部”和“最暗部”？
我们先用浅白的说法来解释曝光的原理：当我们拍照时，按下快门后，携带环境资讯的光
子从镜头射入相机，在感光元件上转换成(实际上是打出)电子，接着相机进行一连串的处
理，最后输出成一张呈现当下环境的数位照片。
但是，光子转成电子后，并不会立刻进行处理。在按住快门期间，感光元件会先把电子存
起来，等快门放开、曝光完成后，再把累积起来的全部电子送入后方处理。而在曝光期间
，电子会存放在哪里呢？为了方便理解，我们不妨这样想像：
感光元件上的像素，就是一个井；一千万画素等于有一千万个井。当我们按下快门时，光
子开始打进来并转换成电子后，这些电子会陆续存放在这些井中，并持续累积，直到快门
关闭为止。接着相机再把这些电子送到后方去处理，并将井给清空，等待下次曝光。
每一口井是有深度的。最底部代表全黑色，最上部代表全白色，中间就是从全黑到全白的
色彩过渡；因此，一颗像素(井)是何种颜色，端看电子在里面所蓄积的高度而定。如果一
个井的深度是8-bit，代表它加上最黑(0)和最白(255)，总共可以储存256种渐层的色彩。
假设拍照时，我不小心将快门调太慢，或是光圈调太大，造成进光量太多，这时太多光子
进来，超过了井的容量。由于井的最上部代表全白，而每个井的容量都满了，因此照片看
起来就是一片全白，失去任何细节。这就是过曝。(高光溢出的原理也类似如此，差异在
于：它并非全像素满井，而是画面中的亮部满井，电子溢出到周围的像素)
此外，感光元件上有各种类比讯号在流动，这些过程都会产生各种噪声；而噪声其实也是
资讯，只是它是属于我们所不要的资讯。如果每一个像素(井)能蓄积的电子(资讯)越适量
，噪声在整体噪声中所占的比例越少，相机后续解读这些资讯时，就越能输出一张好的资
讯越多、坏的资讯(噪声)越少的照片。
是故，我们可以这样理解：
(一)像素数量决定细节：感光元件上的像素越多，单位面积上能纪录的资讯就越多，输出
照片的细节就越多。
(二)像素大小决定品质：一个像素的深度越深，用来解读一颗像素的资讯越多，输出的照
片就越自然、噪声越少。
由于各片幅的尺寸是固定的，因此感光元件上的像素数量和大小，会决定其“像素密度”
：在同样一片感光元件上，塞入一万颗像素和一百万颗像素，自然是后者的像素较小、彼
此之间就越挤。
再来是读取噪声。
顾名思义，这个噪声是产生于读取之中。读取什么呢？它是指：当曝光
完成后，相机从像素(井)“读出”刚刚所蓄积的电子，准备进行后续的处理。在这个过程
中，由于不确定性，而造成读取噪声。
读取噪声的单位是电子。假设一台相机在ISO 100时，读取噪声是100颗电子，这代表：若
此时每颗像素都蓄积了1000颗电子，当相机开始从像素读取电子时，有的像素可能只读90
0颗，有的像素却多读了1100颗；数千万颗像素加总统计后，平均下来每个像素会有100颗
电子的不确定性。其中，少读的部份会减少资讯，多读的部份会带来我们不要的资讯(杂
讯)，这就是读取噪声的意思。
读取噪声有另外一层涵义：在上述情况下，假设我拍照时快门调太快或光圈调太小，造成
欠曝，以至于进光量不足，每个像素只蓄积到50颗电子。由于读取噪声是100，故有些像
素无法造成有效的读取数。因此，读取噪声又被视为“讯号门槛”：进光量要足够到超过
读取噪声这个门槛，才能有效读到电子(影像资讯)，形成正确曝光；不足的进光量，会在
照片的暗部形成读取噪声。
要注意的是：噪声的来源很多，不单单只有读取噪声。因此，即使曝光充足，也不代表没
有噪声，而只代表读取噪声在整张照片中看起来极少；但照片仍会受到其它来源的噪声影
响。
有了以上推理，我们可以回到原PO的问题：动态范围(DR)。
我们都知道，DR是指：相机在一张照片中，于最亮和最暗之间所能纪录的资讯。用我们刚
刚所说的井来看：一个深8-bit的井，和一个深16-bit的井，前者能纪录256种色彩，后者
却能纪录65535种色彩。相机的DR越大，照片于最暗(井底)和最亮(井口)之间就能纪录越
多资讯。
DR在理想环境下，即等于像素(井)的深度；但在现实中却并非如此。为什么？因为还有杂
讯作祟。
DR越多，虽代表能储存的资讯越多，但前面我们提过：噪声也是一种资讯，因此在这些大
量资讯中，也会包含噪声。既然噪声是我们所不要的资讯，因此在计算DR时，我们会将杂
讯部份去掉，来检视一台相机真正能保留住多少我们所需要的资讯。
这就好像：一口深度是8-bit的井，虽然可以储存256份色彩资讯，但若其中有64份资讯是
噪声，就必须扣掉这些噪声，才代表一口井真正能纪录正确资讯的效能。
因此，在现实中，DR是指：最亮和最暗之间的“有效”资讯量；有效资讯代表必须排除掉
我们不要的噪声，只计算我们要的资讯。
而什么是最亮部和最暗部？我们先前讨论过：最亮部就是井口，最暗部就是井底。在暗部
方面，由于有一个所谓的“讯号门槛”存在，打进来的电子数量必须高过这个门槛，才能
成为照片中正确曝光、噪声最少的暗部，因此我们可以再延伸上述结论：
DR是指：像素的满井容量(最亮部)，以及讯号门槛以上的最低容量(最暗部)，两者之间的
资讯量。也可以说，一台相机的DR，上限就是满井容量，下限就是读取噪声。由于DR是一
个比值，因此假设一台相机在ISO 100时的满井容量是32768e-，读取噪声(门槛)是8e-，D
R就是32768：8 = 4096：1。
而换算成像素的色彩深度(即一口井有多深)时，由于bit是二进制，而我们上面算出的409
6是十进制，因此将4096换算成二进制后，DR = 12-bit。代表这台相机的整体像素，可
以表示4096种色彩。上面的计算写成公式，就是：
DR = log2(像素最高容量/讯号门槛)。单位是bit。
回到原PO的问题：1DX若减少读取噪声，DR是否能超越A7R？
根据我们上面的推论，DR和两个因素有关：像素大小(亦即井的满井容量)，和读取噪声(
门槛)。而在1DX和A7R感光元件面积几乎一样的前提下，1DX塞入了1810万像素，A7R塞入
了3640万画素，显而易见1DX每颗画素会比A7R更大，也就是1DX每口井的满井容量(DR上限
)比A7R更高。如果1DX能再降低读取噪声(DR下限)到一定程度，DR理论上可以超越像素密
度较高的A7R。但这涉及硬件的更动和技术的提升，因此只能期待Canon能改善其ADC的架
构。