題:
為什麼更大的傳感器具有更好的動態範圍？
erotsppa
2013-05-15 01:55:38 UTC
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我已經了解了更大的傳感器如何更好地控制景深和降低噪聲的所有理論。但是我還沒有找到一個地方可以解釋為什麼更大的傳感器為您提供更大的動態範圍？

這是否回答了您的問題：[傳感器尺寸與圖像質量（噪聲，動態範圍）之間有什麼關係？]（http://photo.stackexchange.com/questions/26001/whats-the-relation-between-sensor-size和圖像質量噪聲動態範圍）？另請參閱[SLR，DSLR和傻瓜相機之間的動態範圍比較是什麼？]（http://photo.stackexchange.com/questions/4389/what-is-the-dynamic-range-comparison-between-slr -dslr-and-point-shoot）以及http://photo.stackexchange.com/questions/7616/what-is-dynamic-range-and-how-is-it-important-in-photography
AFAIK，DxOMark上十大動態範圍相機中的五個是APS-C傳感器相機，它們都是35mm尺寸，沒有中等格式。因此，這個問題的開頭前提不是真的。
@JohnCavan適用於動態範圍**光線充足的情況下**。在ISO100時，APS-C賓得K5超過了全畫幅佳能*超過了兩檔*，但是在ISO800及以上時，佳能領先了佳能，而在昏暗的光線下，差距就超過了一檔，這就是您的目標。 d從傳感器面積優勢中期望。
@JohnCavan APS-C和35mm是不同的尺寸。傳感器不能兼而有之。
五 答案:
Itay Gal
2013-05-15 02:38:34 UTC
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傳感器的大小無關緊要，它是像素的大小。話雖如此，較大的傳感器（如全畫幅相機）往往具有更大的像素。

您可以估算像素尺寸，方法是將傳感器的尺寸除以像素數。由於大多數傳感器在像素之間存在間隙，並且這些間隙的大小不同，因此此計算不准確。這就是為什麼我要說“估計”。

現在，把傳感器中的一個像素想像成一個盒子，把光子當作一個球。

假設我們有盒子A和B。盒子A可以容納256個球，盒子B可以容納512個球。現在讓我們排列一個A型盒子矩陣並向空中扔很多球。我們想要收集球落在哪裡的一些統計數據。我們不知道中間是否只有256個或更多球落入。我們的測量限制為最多256個球。

現在讓我們重複此實驗，但現在使用B型框。現在我們可以看到盒子中間有347個球，盒子的邊緣有〜20個球。

我們的測量更加準確。這正是光子撞擊傳感器時發生的情況。更大的表面可以包含更多的光子，並且可以測量更大的動態範圍。在我們的示例中，大框中的動態範圍是原來的兩倍。

如果像素充滿光子，則轉換為顏色將是完全飽和的顏色，但是像素表面較大時，將得到更好的結果，因此改善了動態範圍。

下面的圖片可以證明我的解釋：

Dynamic Range Explanation

有關更深入的解釋，您可能需要檢查一下本文：

動態範圍

好的，我現在投票。
這個答案是一個好的開始，但是卻缺少一個關鍵因素：電子噪聲。是的，確實可以提高像素更大的動態範圍（並減少光子散粒噪聲）。但是，應注意，由於傳感器電路以及讀出和轉換電路中的電子噪聲，使用較大像素獲得的增益可能會丟失。從理論上講，佳能1D X的動態範圍應該比尼康D800大，但D800的DR整整增加了兩級。為什麼？ D800的電子噪音（〜3e-）比1D X（〜36e-）小。
很好地解釋了理論，但完全忽略了實踐！
您鏈接的文章非常非常好！表揚
Matt Grum
2013-05-15 13:00:44 UTC
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考慮理想傳感器，其中僅需考慮光子噪聲，然後傳感器越大，動態範圍就越大。動態範圍是傳感器飽和點與陰影中的任何細節丟失的點之間的差。

較大的傳感器將具有較大的像素或更多的像素。較大的像素意味著更大的電荷存儲容量（其他所有條件都相同），每個像素捕獲更多的光，因此陰影中的光更少，因此動態範圍更大。更多的像素意味著每個像素具有相似的噪聲，但是更多的像素需要進行平均以減少陰影噪聲，從而增加動態範圍。

實際上，還有其他噪聲源，即讀取噪聲，其中會產生模擬信號由光敏物體在數字化之前拾取噪聲。這對動態範圍的影響遠強於傳感器尺寸的差異。來自圖像暗區的低強度信號對讀取噪聲特別敏感，因此對DR的影響很大。

新技術（縮短了從傳感器到ADC的路徑，兩次發送信號並比較結果）可以實際上消除了讀取噪聲，這使諸如Sony Exmor之類的APS-C傳感器的動態範圍超出了佳能2.5倍的全畫幅傳感器的動態範圍近一個數量級！

還需要區分動態範圍光線充足時的動態範圍，光線不足時的動態範圍。前者主要由讀取噪聲決定，因此，如果傳感器具有較低的讀取噪聲和足夠好的井深，則可以採用小型傳感器。後者主要由光子噪聲（低光下提高ISO會放大光子噪聲而不是讀取噪聲）所致，因此較大的傳感器在此往往表現更好。同樣，並非每個傳感器都遵循趨勢。

Sony Exmor的好處在於它是數字讀出。只要電荷保留在像素中，信號就只是模擬信號。讀取後，管芯上的列並行ADC立即將每個像素的模擬電荷轉換為數字單元。高頻組件（時鐘，PLL等）放置在芯片上的其他位置，以消除ADC電路中引入的高頻噪聲。不會兩次讀取圖像信號...當傳感器復位以累積數字CDS作為“負結果”時，將執行“復位讀取”，然後在曝光時將其應用於“讀取的圖像”。
取消了每像素CDS。我什至不認為每個像素都有放大器，因為幾乎無噪聲的輸出，所有ISO設置都可以通過數字放大來實現。模擬像素電荷立即轉換為數字單元，並且從這一點開始，經過糾錯的信息，在整個圖像處理管道的其餘部分都將使用數字信息的傳輸。這樣就消除了因任何形式的干擾而儘早污染模擬信號的機會。
我是否正確地說，在相同的讀取噪聲（技術等）的情況下，較大像素的較大傳感器將具有較低的光子噪聲，從而由於最低電荷和飽和點之間的緯度增加而具有更好的動態範圍？
@erotsppa用於計算每個最終像素的表面積至關重要。如果您有4個微小的photosite和1個相同大小的大型photosize，則這4個的平均值將與大型的單個photoite幾乎完全相同。在相同的表面積中擁有更多的光地點，只會增加採樣頻率。每張照片本身都將具有較差的特性，但是如果將照片按比例縮小到相同的像素密度，就好像它們都是一個大的照片一樣，看起來就沒有什麼不同。這就是為什麼手機攝像頭在電話屏幕上看起來不錯，而在計算機屏幕上效果不好的原因。
AJ Henderson
2013-05-15 02:03:14 UTC
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沒有理由認為更大的傳感器可以提供更大的動態範圍或更低的噪聲，而不是每個像素具有更多的表面積，但是全畫幅相機往往是高端設備，因此傾向於具有更好的傳感器。

請注意，如果以與全幀傳感器相似的質量進行製造，則沒有理由認為分辨率較低，尺寸較小的傳感器不會具有更好的噪聲和動態範圍性能。傳感器表面每英寸的像素數量和傳感器的質量至關重要。

James Duckson
2015-11-29 03:54:16 UTC
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帶有框的示例非常正確，並解釋了為什麼較大的傳感器具有較大的動態範圍。像素越小，它可以存儲的光電子就越少（可以存儲的最大光電子數稱為滿阱容量）。通過縮小傳感器，我們可以達到只能存儲很少的電子從而導致黑白的情況圖像（沒有灰色陰影！：）。

因此，毫無疑問，如果其他所有條件都相同，則更大的傳感器具有更高的動態範圍。

問題是，我知道有人可以用科學的CCD相機做到這一點（我親自做過），但是您能用消費類相機和CMOS做到嗎？我想如果可以將2x2像素綁定到一個（有效降低分辨率4倍）。

Robert
2019-01-02 22:14:09 UTC
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根據我的研究，即使像素大小無關緊要，盒理論也適用於照明條件，因為較大的像素會收集更多的光，因此在弱光條件下肯定會有優勢（常識），但是傳感器技術是關鍵因素在動態範圍內，因為動態範圍是傳感器保留高光和陰影零售的能力。例如，較新的傳感器（小風扇或大風扇）的動態範圍要比較舊的全幀傳感器的動態範圍



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