為什麼這篇ccd cmos優缺點鄉民發文收入到精華區：因為在ccd cmos優缺點這個討論話題中，有許多相關的文章在討論，這篇最有參考價值！作者Epsilon (我是EPS)看板DSLR標題Re: [問題] 為什麼高 ISO 會有高雜訊？時...
※ 引述《jam46 (巴納猴)》之銘言：
: 最近跟一個新入門朋友解釋一些相機功能
: 光圈.快門.ISO 的關係，用水管的說法，還大概會解釋
: 大光圈vs小光圈. 高速快門vs慢速快門. 高ISOvs低ISO 的優缺點也還ok
: 解釋到雜訊問題時.... 我卡關了......
: 長時間曝光造成的雜訊，我知道是因為電子零件發熱所產生的熱噪點
: 但高 ISO 為何會有高雜訊？我就不解了.....
: 只知道實際拍起來 ISO 100，就是會比 ISO 6400 乾淨
: 知其然而不知其所以然，因此上來向各位前輩們請益
: 究竟高 ISO 為何會有較高的雜訊呢？ @.@
我很欣賞原po，遇到不懂的問題就謙虛地發問。
其它人.... 可以不要不懂裝懂嗎？
如果我們回歸數位影像的本源：在CCD或CMOS上產生的光電子，
那麼，高ISO並不會有高雜訊。
相反的，高ISO時的雜訊反而比較低。
http://www.sensorgen.info/
各位可以隨便點幾台相機的資料進去看，
當相機的讀出迴路產生的讀出雜訊是以電子數為單位表示時，
絕大多數相機的雜訊，在ISO值越高時反而是越低的。
以5D3為例，它的讀出迴路在ISO 3200以下時，
是ISO越高雜訊越低的，ISO 3200以上這個現象才消失。
為什麼會這樣？這篇文章的3.3節有解釋（以5D2為例）：
http://www3.asiaa.sinica.edu.tw/~whwang/misc/Canon5D2.pdf
那為什麼我們會覺得高ISO下好像雜訊較強？
其實那不是雜訊較強，而是訊號較弱。
高ISO下，面對同一個景，曝光量會比較低，
（假設用同樣的方法測光，讓相機自己決定最佳曝光量）
曝光量低，打進CCD或CMOS的光子數就少，產生的光電子數也就少。
（在前面的假設之下，光電子的產生數正比於曝光量，反比於ISO值）
雖然高ISO下相機產生的雜訊也少，
但雜訊減少的速度追不上訊號光電子減少的速度，
（讀出雜訊減少的速度比ISO的負一次方慢）
所以訊號與雜訊間的比值，也就是訊噪比，會隨ISO增加而減少。
訊噪比隨ISO的增加而越來越低，
然後相機又設法放大影像，讓不同ISO下的影像看起來一樣亮，
就會產生高ISO下的影像雜訊看起來較強的錯覺。
總而言之，高ISO下的影像看起來雜訊感較強，
根本的原因是進光量降低，不是相機在高ISO下產生更多雜訊。
現在的相機非常盡責，其讀出迴路在ISO越高時，
產生的雜訊其實是越低的。
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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc)
◆ From: 140.109.189.210
推 xxyxx:推！雜訊另一個成因是CCD/CMOS的溫度，這點在DC上由其明顯。 08/12 14:23
→ xxyxx:阿，前面有人寫了，請原PO刪除我推文，謝謝。 08/12 14:24
→ dan192:最終應用高ISO就是雜訊高，斷章取義也沒有改變結果啊..(茶) 08/12 14:45
→ dan192:你可以看看DCVIEW對"片幅小其實淺景深越淺"的文章 08/12 14:52
→ dan192:你們說的都沒有錯，但事實並沒有改變最後結果 08/12 14:53
→ thepilot:"高ISO下，面對同一個景，曝光量會比較低"，這句話怪怪的 08/12 14:53
→ thepilot:為什在高ISO下曝光量會變低? 08/12 14:54
→ dan192:不能只抓其中一個現象就大肆宣揚，這一樣沒有改變結果 08/12 14:55
→ dan192:高ISO敏感度變高了，曝光量當然要變少啊 08/12 14:56
→ dan192:高ISO多兩級，曝光量就要少兩級，不然過曝了啊 08/12 14:57
→ eesir:因為快門變快了，所以接收到的光資訊就變少，曝光量當然變低 08/12 14:58
推 OASYS:noise(x)=sqrt(A*x+B) 08/12 14:59
推 vchenkoshe:用高ISO配減光鏡VS.低ISO 曝光時間相同 08/12 15:00
→ vchenkoshe:這樣高ISO會比較乾淨嗎?? 08/12 15:00
→ OASYS:x: average singal/A: pixal size/:B noise floor of sensor 08/12 15:00
→ thepilot:不太對吧，照這樣說我需要曝光量大的時候開低ISO? 08/12 15:01
→ OASYS:不同的ISO下，動態範圍就不同了... 08/12 15:02
→ dan192:你把SENSOR感度跟進光量分開來看就可以了，在同樣曝光下 08/12 15:03
推 vchenkoshe:之前也有聽說過 同快門下 低ISO後製加EV會比高ISO乾淨 08/12 15:03
→ dan192:進來的光多，敏感度(ISO)就要變低，不然曝光就不對了 08/12 15:04
推 thepilot:樓上你這個在晴天說得通，那如果是在微光呢? 08/12 15:05
→ thepilot:微光曝光量就在不足了，按照這理論我應該降ISO不是升 08/12 15:06
→ vchenkoshe:要記得noise產生的原因不止一種的,原po講的這個影響似 08/12 15:06
→ vchenkoshe:乎不大 08/12 15:06
推 OASYS:A*x跟B就是兩個noise源，跟原po大說的一樣，只是用數學表達 08/12 15:08
→ OASYS:沒說清楚，A跟所選的ISO跟pixel size有關，Ax是photon noise 08/12 15:09
→ OASYS:A不是pixel size，更正XD 08/12 15:10
推 vchenkoshe:原PO的第二個連結PDF看似是論文,但居然拿網址當ref.... 08/12 15:12
→ vchenkoshe:這種文章少看為妙 08/12 15:13
推 OASYS:人家好歹出過書...XD 08/12 15:14
推 vchenkoshe:但拿網址當ref也太兒戲了吧....出過書也不代表什麼阿 08/12 15:16
→ vchenkoshe:出書要印到第三版以上才代表有實力阿 08/12 15:16
→ vchenkoshe:有些印第一版就賣不完了XDDD 08/12 15:17
推 OASYS:高ISO的noise floor會跟signal非常靠近(與低ISO比)，同時動 08/12 15:17
→ OASYS:態範圍也會降低，無論如何，數位攝影裡真正正確的曝光法則就 08/12 15:18
→ OASYS:是儘量遠離noise floor... 08/12 15:18
推 OASYS:稍微看了一下ref.其實都是些工具軟體的網頁，應該還好啦! 08/12 15:36
→ OASYS:dcraw這個夠有名了!很多研究都用他來解Raw檔。 08/12 15:37
推 vchenkoshe:那不能算ref吧... 08/12 15:58
推 chrislux:提到雜訊的時候，當然是看整體，而不是只看感光元件吧 08/12 18:33
→ chrislux:意思就是指SNR 08/12 18:34
推 Equalmusic:不用網址當參考文獻是因為網站容易死掉。 08/12 19:19
→ Equalmusic:跟可不可靠兒不兒戲沒有絕對關係。批評在點上才有價值 08/12 19:20
→ ppkscyc:這根本是在玩文字遊戲吧 一般人說雜訊高指的都是SNR低... 08/12 21:35
→ ppkscyc:故意把S跟N分開看 說N明明就很低然後指別人不懂裝懂 08/12 21:38
推 donkey123:為看先猜dk1o會噓然後嗆人~ 08/12 22:43
→ dan192:對啊..拆開看就是文字遊戲啊..跟DCVIEW的文章一樣 08/13 01:06
推 tandw:可以請問一下SNR是什麼嗎? 08/13 10:36
→ Epsilon:訊噪比，signal-to-noise ratio，訊號與雜訊的強度比。 08/13 10:53
推 OASYS:倒是很好奇ISO愈高noise readout愈低的原理，記得在哪裡看到 08/13 13:09
→ OASYS:sensor會先測量noise floor，然後再依此過濾掉雜訊的樣子? 08/13 13:10
→ Epsilon:你說的是設法抑制sensor上產生的noise，至於讀出迴路產生 08/13 14:47
→ Epsilon:的noise何以隨ISO增高而降低，如我貼出的那個pdf所解釋， 08/13 14:47
→ Epsilon:主因是在放大器前與放大器後都會有雜訊產生，其後所產生的 08/13 14:48
→ Epsilon:雜訊不受放大率（ISO）影響，所以有此表現。 08/13 14:48
推 OASYS:原來如此!感謝解釋<(_ _)> 08/13 16:27
推 vchenkoshe:ISO不是放大吧... 08/13 21:55
→ vchenkoshe:ISO提高不是訊號放大吧... 08/13 21:55
推 OASYS:ISO提高一級，所需要滿足的曝光量減少一半，即只要一半的光 08/14 07:19
→ OASYS:子數目即可達到曝光要求，要達到這樣的效果當然要amplify 08/14 07:20
推 OASYS:SNR降低的原因可以有兩種，一種是雜訊增加訊號不變，另一種 08/14 07:30
→ OASYS:是雜訊不變而訊號降低，兩者的意義其實是不同的，sensor並沒 08/14 07:31
→ OASYS:改變，因此noise floor基本上變動是不大的，然而所需滿足的 08/14 07:31
→ OASYS:曝光量降低，就代表訊號減弱，提高ISO是屬於後者。 08/14 07:32
推 OASYS:簡單的比喻，原本10ml的水桶裝滿水表示過曝，現在砍成一半高 08/14 07:36
→ OASYS:度(5ml)，則只要5ml的水即可達到過曝，如果對應到histogram 08/14 07:37
→ OASYS:可以想像成原本是0ml(0)到10ml(255)，變成0ml(0)到5ml(255) 08/14 07:37
→ OASYS:這樣的改變就類似訊號放大的過程。 08/14 07:38
→ OASYS:而noise floor可以假設成水桶裡的沙子，高度約1ml的話，不管 08/14 07:40
→ OASYS:水桶的高度如何變小，沙子的高度不變，水桶愈矮，沙子離水桶 08/14 07:41
→ OASYS:頂就會愈接近。 08/14 07:41
→ vchenkoshe:這樣ISO高就沒意義了啦,電壓提高的原意就是提高光電電 08/14 16:21
→ vchenkoshe:流,所以己經"放大"過了啦 08/14 16:22
→ vchenkoshe:光子=>電子不是100%的,要看電壓 08/14 16:22
推 vchenkoshe:可能我們的"放大"是各指不同的東西 08/14 16:25
推 xxp:就我的認知 ISO是訊號放大來的沒錯... 08/15 02:50
→ xxp:光子->電子的轉換的確不是100% 不過那是量子效率 不是電壓決定 08/15 02:52
→ xxp:光子把電子打出來以後 電子就掉到某個電容裡面 08/15 02:52
→ xxp:然後在曝光結束後我們才來讀一讀電容裡有幾顆電子 08/15 02:52
→ xxp:這個電子數量是固定的 不會因為你電壓加大一點 就掉比較多電子 08/15 02:52
→ xxp:數位的ISO調整只是改變讀取方式 並不改變曝光過程產生的電子 08/15 02:53
推 vchenkoshe:訊號一定是會放大,但不會按照不同ISO而有不同的放大程 08/15 13:25
→ vchenkoshe:序 08/15 13:25
→ vchenkoshe:電子就掉到某個電容裡面<--這就是靠電位差吸過去的 08/15 13:25
→ vchenkoshe:大部分打出來的電子會掉回原來的位置 08/15 13:26
→ vchenkoshe:但電壓愈大,能跳出來的電子愈多 08/15 13:26
→ vchenkoshe:可以WIKI一下光電效應 08/15 13:27
→ vchenkoshe:光子激發電子游離=>電位差吸過去=>轉換成電流 08/15 13:28
推 xxp:光電效應能不能打出光電子那是波長決定的 08/15 15:45
→ xxp:波長不到(未達截止頻率) 你打得再多都不會有電子出來 08/15 15:45
→ xxp:但只要波長對了 不管多微弱都能打出電子 而且打出來就是游離掉 08/15 15:45
→ xxp:不會再受束縛 並不會因為光線微弱所以能量不夠會掉回去這種事 08/15 15:45
→ xxp:當然也不是你給他加大一點偏壓他就會跑比較多出來的 08/15 15:45
→ xxp:加偏壓只是製造一個位能井把游離電子關住 不是把電子吸出來的 08/15 15:46
→ xxp:只要位能井比電子深(光電子能量由光波長決定) 電子就不會跑掉 08/15 15:46
→ Epsilon:x君，何必浪費時間？有更好的事可做啊。 08/15 22:54
推 OASYS:其實現在的sensor都是CMOS居多了...CCD裡的放大器跟CMOS放大 08/16 08:37
→ OASYS:器位置並不一樣，CMOS又有分analog output CMOS跟digital 08/16 08:38
→ OASYS:output CMOS，兩者對於放大訊號的處理又有些微差異，總之... 08/16 08:39
→ OASYS:知識是工具，專心拍照還是最重要的事。(茶..) 08/16 08:40