【期待】数码相机的感光度再提高100倍会给我们带来什么？

對於非非網友的幾篇文章, 特別是215樓, 由於字形大小變化, 以及句子意思的表達不太習慣, 所以看得很辛苦.

>> 回216樓: 长时间曝光叫做叠加    ，只要不是用光速一样的快门曝光 都叫做叠加！
長時間曝光並不叫做疊加. 疊加是影像處理時, 把數張相同曝光相片疊在一起的過程名稱.
一般曝光時間的單位是秒(second), 光速的單位是米每秒(m/s).

215# 非非

非非的表达有点杂乱，我看了半天还没理出个头绪来，
只对里面几个假设说说我的理解：
1、“按照这句话 来看100台相机在一秒可以完成1台相机100秒的任务    应该没有达到这个光速的瓶颈。也就是说光子还是足够多的     所以不要用那种0.0001之类的极限推理在否定我这个推理”

这个事有条件的，不能完全等同。比如一个足够暗的星等，刚好一秒钟不能有一个光子到达CCD，但100秒内能有有一些光子到达，那么100台相机均按一秒钟曝光，也不会叠加出这个星体的影像，但是一台相机曝光100秒在是有机率捕捉到这个星体的光子，从而形成影像，所以上面100台相机在一秒可以完成1台相机100秒的任务 的假设只适用于星体足够亮的范围。
2、大家知道双子望远镜不？   两个分离的望远镜 分辨率远远超过一个单独的用用两个望远镜合成面积的分辨率 那不是1+1大于2么
这个，非非还没理解分辨率的定义，分辨率是和观测波长和仪器口径（也就是单镜头的直径或多镜头的合成孔径）决定，也就是说分辨率不完全由镜头面积决定，而是直径或者跨度，面积只是和极限星等相关。也就是说两台望远镜面积不变，但是相隔100米和相隔10000公里（比如地球直径），分辨率是完全不同的，但是只用加大距离的方法也有瓶颈，就是分辨率增加的情况下，聚光面积过低，收集不到足够光子，是没有实际意义的，也就是说暗于某一有效面积的极限星等的天体，根本不能形成影像，这就是为什么要增加望远镜数量来进行甚大基阵列的原因，要实现，还涉及到时间上的完全同步和数据协调。所以非非用这个例子证明1+1大于2，只是狭意上的，并没有违反定律，如果能证明两台合成聚光面积相等的分离望远镜的聚光力大于一台单的望远镜聚光力，这个例子就成立。
非非其它的内容我还在看，还有点杂，呵呵，建议非非整理一下。

非也，信号强弱，是用信噪比表示。信号不能再多了，就要降低噪声。如果没有噪声，一个光子也是很强的信号。

其實之前的討論, 已經暗中先排除噪聲的影響, 假設只有訊號, 沒有噪聲的情況. ;)
推導的結果是, 即使沒噪聲, 也是無法使量子效率超於100%, 無法讓完美的感光器以短時間曝光收集到足夠的暗天體光子.

221# Wah!
致Wah！：感谢你的解答，我从中学到了很多东西。作为非专业人士我短时间内没办法完全消化这些内容，从摄影爱好者的实用角度来说，其实我只是很想知道，如果要拍摄出我在帖子主题引用的“玫瑰星云”那样遥远亮度的深空（一次完成，不作叠加），根据你的理解、计算和预测，在未来10年内，其曝光时间大约能缩短到多少秒？1秒有没有可能？（当然肯定不能无限制地缩短，这个不用再说了），谢谢！这个问题是不是很业余啊？

225# 瓦西里 你的問題, 我回答不了.

天文或任何攝影, 訊號不是唯一考慮因素, 噪訊也是要考慮的, 所以大家都重視訊噪比(signal to noise ratio).
提高訊噪比的主要兩個方向是:
1. 提高訊號
- 增加曝光時間
- 增加像素在晶片上的感光面積比例
- 減少晶片表面反光率, 增加透光率
- 使用量子效率更高的感光器
- 使用更強的訊號放大器
......

2. 減低噪訊
- 疊加
- 降低溫度
- 改善CCD/CMOS/電路的材料, 設計和技術
......

補充:
部份相機的降噪功能, 可以把背景的噪訊減少, 但是同時也會把最暗弱的細節(訊號)一起抹掉.
例如網上有人測試了 Nikon 單鏡數碼相機的相片, 全部都是自動經過這類內部降噪功能處理過的.

228樓的可以先看看前面12頁的回覆再談吧!
大家都已經很口干的, 新春快樂!

225# 瓦西里 你的問題, 我回答不了.
天文或任何攝影, 訊號不是唯一考慮因素, 噪訊也是要考慮的, 所以大家都重視訊噪比(signal to noise ratio).
提高訊噪比的主要兩個方向是:
1. 提高訊號
- 增加曝光時間
- 增加像 ...
Wah! 发表于 2009-1-22 00:43

                               
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致Wah! ：

深空摄影的曝光时间是否可以少于1秒？如果Wah！回答不了这个问题，那么，之前你对本帖主题提出的“假设”做出了完全的否定，请问其计算依据是什么？

作为光电技术的门外汉，我很想知道深空天文摄影是否可以不做长时间曝光？如果用一次拍摄、不作叠加、基本达到现在“玫瑰星云”的美丽效果，它的曝光时间是否可以少于1秒？

在Wah!等专家的带动下，现在大家的讨论已经很务实了，很有技术含量了，我们不去谈什么无限地缩短曝光时间，不去谈什么逼近极限，不去谈什么改变物理定律，只谈能不能缩短到1秒，这是一个很具体的数值，不是一个空泛的无穷小。

谢谢解答！

232# 瓦西里 我回答不了的原因，是因爲我無法預計科技發展速度, 以及不知道實際拍攝器材特性, 天體光暗, 環境, 訊噪比需求等等因素.
只能假設性地回答：
假設現在用量子效率 90% 的感光器, 以200秒拍到一張星雲.
如果科技發展, 讓感光器的量子效率提高到98%, 噪訊,器材,環境等因素都不變, 要拍到相同效果的星雲, 拍攝時間是可以減至184秒.

233# Wah!

只减少了16秒啊???

还是长时间曝光啊！！！

另外，我注意到对“黑硅材料可以使影像传感器（CCD或CMOS）的感光效率提高上百倍”这一则科技新闻，你没有作出任何评论。

请问，你对此怎么看？

感谢解答!

其實之前的討論, 已經暗中先排除噪聲的影響, 假設只有訊號, 沒有噪聲的情況. ;)
推導的結果是, 即使沒噪聲, 也是無法使量子效率超於100%, 無法讓完美的感光器以短時間曝光收集到足夠的暗天體光子. ...
Wah! 发表于 2009-1-22 00:06

                               
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非也，信号是否显著用信噪比表示，不谈噪声，就不能谈信号。完全无噪声的时候1个光子和1000个光子的信号没有任何区别。

非也，信号是否显著用信噪比表示，不谈噪声，就不能谈信号。完全无噪声的时候1个光子和1000个光子的信号没有任何区别。
摇光_7 发表于 2009-1-22 11:26

                               
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有道理.
過短的曝光時間, 可能連1個光子也收不到.

234# 瓦西里 黑硅材料只是在光電效應時增加了產生的電子數目, 提高了電訊號的增益.
但並不是提高了輸入訊號的大小.

237# Wah!

请教Wah!，我们暂时不讨论讯号的增益，先讨论讯号的输入。

请允许我继续以“曝光时间1秒”提几个问题（我觉得超过1秒可以算长时间曝光了，纯属个人观点哈）：


1、用一次曝光（不叠加）拍出“玫瑰星云”那样的美丽照片，到底需要少光子数（A）？

2、用你认为合适的万元级的天文望远镜（口径、焦距等具体参数由你假定），1秒的曝光时间能收集到多少光子数（B）？

3、如果“B”>“A”，即1秒的曝光时间可以接收到足够的光子数，而只是因为现在的感光材料不够先进，不足以转化为电信号，那么是不是可以说，现在1秒钟收集的光子数已经够了，只要等待新材料登场就可以实现1秒的曝光了？

4、如果“A”>“B”，是不是可以说，无论感光材料如何先进，都无法用1秒钟的曝光时间得到“玫瑰星云”？这就意味着深空天文摄影用1秒的短时间曝光注定无法实现，被“判了死刑”！？

以上计算的依据是什么？

谢谢解答！

我並不知道最暗弱的細節到底有多少光子射到感光器, 但是那相片是以53.6mm有效口徑, 收集了105分鐘(6300秒)的光子訊號.
如果把如此長的曝光時間縮短到1秒, 那麼訊號量就一定等於或少於原來的 1/6300.
明亮的天區(例如明亮的恆星), 對於訊噪比的影響不大.
但是對於暗淡的天區(例如黑暗的星雲), 這個 1/6300 之一的訊號就可能變成零了.

假設原來的設備的量子效率極低, 只有10%.
即使在感光器材的改進, 把量子效率提高到100%, 那也只是10倍的改善.
結合減少曝光時間的影響, 頂多能使訊號的減少變成 1/630.

继续请教，按照你上面的解释，量子效率提高到100%已经是极限了，到头也就再提高10倍（相对于10%来说），但是前面的科技新闻《新影像传感器的感光效率可以提高上百倍》，这个100倍指的又是什么？
结合你上面的解答，1秒钟时间收集的讯号可以相当于现在那张照片所需讯号的1/630，那么把这1/630通过新的感光材料放大630倍，问题是否就可以解决了？
谢谢解答！