※ 引述《ll35566 ( 東健哥)》之銘言：
: 我對於這系列有關DR跟noise的來源還有些疑問
: 首先因為訊號處理的過程是
: 【Sensor】→【AMP】→【ADC】→
: 類比 類比 數位
: Canon架構的的ADC不是直接做在sensor的那片chip上面
: 而sony架構的是Column Parallel ADC
: 其實是做在每一個pix的Column底下的
: 所以ADC數量比較多 可以用比較低的頻率去做類比數位轉換
: 所以SONY的read noise比較少?
: 比如說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減去Read Noise 除上Read Noise 再以2為底的log
: log_ ((90101-38.5)/38.5)~11.19 也就是電子能比過雜訊的最低數量
: 2
: 一直到電子飽和之後的數目的數量級有多少
: 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
: 但是在這邊我有一個疑問
: CANON的Saturation這麼高
: 如果CANON用跟SONY一樣的ADC架構的話不是就可以降低CANON的read noise了?
: 假設1DX降低到跟A7R在ISO100的read noise一樣的話
: 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好像也有發表過類似SONY的這種ADC架構的專利
: 那為什麼Canon不推出來呢? @@"!
為什麼Canon堅持off-chip的ADC？這是其商業考量，小弟無法置喙。但就您的第二個問題
：1DX的動態範圍，理論上是否能超越A7R？在回答之前，我們先來討論什麼是滿井容量、
讀取雜訊，以及動態範圍。
首先要聲明：由於希望這樣的主題能讓更多板友一起參與討論、而不是只限於部份專業人
士，因此以下的說明會盡可能排除專業術語，以並不十分精確、但較易理解的方式來說明
。希望板友不必擔心主題過於艱深，而放棄共同討論。
我們一般對動態範圍(DR)的認知是：相機於一張照片中，在最亮部和最暗部之間，可以正
確紀錄的資訊。因此，在討論DR之前，我們必須先討論：對於相機來說，怎麼去定義「最
亮部」和「最暗部」？
我們先用淺白的說法來解釋曝光的原理：當我們拍照時，按下快門後，攜帶環境資訊的光
子從鏡頭射入相機，在感光元件上轉換成(實際上是打出)電子，接著相機進行一連串的處
理，最後輸出成一張呈現當下環境的數位照片。
但是，光子轉成電子後，並不會立刻進行處理。在按住快門期間，感光元件會先把電子存
起來，等快門放開、曝光完成後，再把累積起來的全部電子送入後方處理。而在曝光期間
，電子會存放在哪裡呢？為了方便理解，我們不妨這樣想像：
感光元件上的像素，就是一個井；一千萬畫素等於有一千萬個井。當我們按下快門時，光
子開始打進來並轉換成電子後，這些電子會陸續存放在這些井中，並持續累積，直到快門
關閉為止。接著相機再把這些電子送到後方去處理，並將井給清空，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，中間就是從全黑到全白的
色彩過渡；因此，一顆像素(井)是何種顏色，端看電子在裡面所蓄積的高度而定。如果一
個井的深度是8-bit，代表它加上最黑(0)和最白(255)，總共可以儲存256種漸層的色彩。
假設拍照時，我不小心將快門調太慢，或是光圈調太大，造成進光量太多，這時太多光子
進來，超過了井的容量。由於井的最上部代表全白，而每個井的容量都滿了，因此照片看
起來就是一片全白，失去任何細節。這就是過曝。(高光溢出的原理也類似如此，差異在
於：它並非全像素滿井，而是畫面中的亮部滿井，電子溢出到周圍的像素)
此外，感光元件上有各種類比訊號在流動，這些過程都會產生各種雜訊；而雜訊其實也是
資訊，只是它是屬於我們所不要的資訊。如果每一個像素(井)能蓄積的電子(資訊)越適量
，雜訊在整體雜訊中所佔的比例越少，相機後續解讀這些資訊時，就越能輸出一張好的資
訊越多、壞的資訊(雜訊)越少的照片。
是故，我們可以這樣理解：
(一)像素數量決定細節：感光元件上的像素越多，單位面積上能紀錄的資訊就越多，輸出
照片的細節就越多。
(二)像素大小決定品質：一個像素的深度越深，用來解讀一顆像素的資訊越多，輸出的照
片就越自然、雜訊越少。
由於各片幅的尺寸是固定的，因此感光元件上的像素數量和大小，會決定其「像素密度」
：在同樣一片感光元件上，塞入一萬顆像素和一百萬顆像素，自然是後者的像素較小、彼
此之間就越擠。
再來是讀取雜訊。
顧名思義，這個雜訊是產生於讀取之中。讀取什麼呢？它是指：當曝光
完成後，相機從像素(井)「讀出」剛剛所蓄積的電子，準備進行後續的處理。在這個過程
中，由於不確定性，而造成讀取雜訊。
讀取雜訊的單位是電子。假設一台相機在ISO 100時，讀取雜訊是100顆電子，這代表：若
此時每顆像素都蓄積了1000顆電子，當相機開始從像素讀取電子時，有的像素可能只讀90
0顆，有的像素卻多讀了1100顆；數千萬顆像素加總統計後，平均下來每個像素會有100顆
電子的不確定性。其中，少讀的部份會減少資訊，多讀的部份會帶來我們不要的資訊(雜
訊)，這就是讀取雜訊的意思。
讀取雜訊有另外一層涵義：在上述情況下，假設我拍照時快門調太快或光圈調太小，造成
欠曝，以至於進光量不足，每個像素只蓄積到50顆電子。由於讀取雜訊是100，故有些像
素無法造成有效的讀取數。因此，讀取雜訊又被視為「訊號門檻」：進光量要足夠到超過
讀取雜訊這個門檻，才能有效讀到電子(影像資訊)，形成正確曝光；不足的進光量，會在
照片的暗部形成讀取雜訊。
要注意的是：雜訊的來源很多，不單單只有讀取雜訊。因此，即使曝光充足，也不代表沒
有雜訊，而只代表讀取雜訊在整張照片中看起來極少；但照片仍會受到其它來源的雜訊影
響。
有了以上推理，我們可以回到原PO的問題：動態範圍(DR)。
我們都知道，DR是指：相機在一張照片中，於最亮和最暗之間所能紀錄的資訊。用我們剛
剛所說的井來看：一個深8-bit的井，和一個深16-bit的井，前者能紀錄256種色彩，後者
卻能紀錄65535種色彩。相機的DR越大，照片於最暗(井底)和最亮(井口)之間就能紀錄越
多資訊。
DR在理想環境下，即等於像素(井)的深度；但在現實中卻並非如此。為什麼？因為還有雜
訊作祟。
DR越多，雖代表能儲存的資訊越多，但前面我們提過：雜訊也是一種資訊，因此在這些大
量資訊中，也會包含雜訊。既然雜訊是我們所不要的資訊，因此在計算DR時，我們會將雜
訊部份去掉，來檢視一台相機真正能保留住多少我們所需要的資訊。
這就好像：一口深度是8-bit的井，雖然可以儲存256份色彩資訊，但若其中有64份資訊是
雜訊，就必須扣掉這些雜訊，才代表一口井真正能紀錄正確資訊的效能。
因此，在現實中，DR是指：最亮和最暗之間的「有效」資訊量；有效資訊代表必須排除掉
我們不要的雜訊，只計算我們要的資訊。
而什麼是最亮部和最暗部？我們先前討論過：最亮部就是井口，最暗部就是井底。在暗部
方面，由於有一個所謂的「訊號門檻」存在，打進來的電子數量必須高過這個門檻，才能
成為照片中正確曝光、雜訊最少的暗部，因此我們可以再延伸上述結論：
DR是指：像素的滿井容量(最亮部)，以及訊號門檻以上的最低容量(最暗部)，兩者之間的
資訊量。也可以說，一台相機的DR，上限就是滿井容量，下限就是讀取雜訊。由於DR是一
個比值，因此假設一台相機在ISO 100時的滿井容量是32768e-，讀取雜訊(門檻)是8e-，D
R就是32768：8 = 4096：1。
而換算成像素的色彩深度(即一口井有多深)時，由於bit是二進位，而我們上面算出的409
6是十進位，因此將4096換算成二進位後，DR = 12-bit。代表這台相機的整體像素，可
以表示4096種色彩。上面的計算寫成公式，就是：
DR = log2(像素最高容量/訊號門檻)。單位是bit。
回到原PO的問題：1DX若減少讀取雜訊，DR是否能超越A7R？
根據我們上面的推論，DR和兩個因素有關：像素大小(亦即井的滿井容量)，和讀取雜訊(
門檻)。而在1DX和A7R感光元件面積幾乎一樣的前提下，1DX塞入了1810萬像素，A7R塞入
了3640萬畫素，顯而易見1DX每顆畫素會比A7R更大，也就是1DX每口井的滿井容量(DR上限
)比A7R更高。如果1DX能再降低讀取雜訊(DR下限)到一定程度，DR理論上可以超越像素密
度較高的A7R。但這涉及硬體的更動和技術的提升，因此只能期待Canon能改善其ADC的架
構。