本帖最后由 圈儿圈儿 于 2020-7-24 17:42 编辑
“同样的传感器，同样的画幅，满阱大的机器和满阱小的机器的差距近似于全幅单反和卡片机的差距。” ——摘自Q博士语录
当Q博冷不丁冒出这句话的时候，我是懵圈的。于是一通交流乱比划之后，就有了这个需要分期投放的长文。
刚刚上期我们介绍了有关芯片的一些基础性概念： 从零开始的深空摄影10：芯片底层概念简介（1）
但在最常规的芯片特性方面有所省略，这期我们返回来重新完善一下这部分。本章节容不仅适用于天文摄影，对理解日常拍摄器材也有一定的参考价值。
注：本次讨论的核心在于画幅/满阱的差距对成像质量方面的影响而非其他。众所周知，在实际摄影中，画幅尺寸还会直接影响到和不同焦距的镜头/望远镜的相性，进而影响到取景范围、构图、剪裁难易度等，这方面本期暂不讨论。
本期主笔：davylee
我们在上期开篇提过一个摄影圈喜闻乐见的话题：底大一级真的能压死人吗？
emmm大多数情况下，是的。 …… “那为什么底大一级会压死人呢？” “因为它大。大就是正义！” ………… 咳咳。虽然从选择结果看没什么错，但作为一档严肃的科普类节目，我们还是要把这个问题继续追问下去。 而解答这系列的问题的关键，在于我们上期提到的一个重要概念——满阱。忘了的赶紧去复习 满阱即单个像元所能容纳的电子总数。总体来说满阱衡量的是对于光的捕捉能力，是衡量传感器性能的核心指标。我们上期已经讲过，满阱越大，单个像元所能容纳的电子总数越多，图像的质量越高。 “可为什么满阱大图像质量就高呢？” 那就要有请下一个概念--信噪比。信噪比非常复杂而且重要，是在天文摄影乃至日常摄影中的关键概念，即使单出一期都不一定能讲完。我们这里就暂时以最简单的方式来阐述。 计算信噪比的方式不只一种，但顾名思义，信噪比从总体上看是信号和噪声的比值，即： 信噪比=信号/噪声 众所周知，我们眼睛看到的光都是均匀且连续的。而相机的基本原理是把光信号转换成电信号，然后再次投射出图像，即光（自然）——电——光（数字图像）。在完全理想的情况下，转换出的图像的信息也应该是均匀且连续的。 然鹅，转换的过程中往往由于某些乱七八糟的可抗或不可抗因素导致某些地方输出的信号不够均匀，于是导致某处的光可能比周围亮，或者比周围暗，投射的在人眼中的便是花花的噪点了。 翻了翻图库，噪点明显的也就是这张了。（论吉祥物猫猫的兼容性）
想要克服这种奇怪的噪点，显然有两种方法：一是尽可能减少这类不连续的“噪声”；二是尽可能扩大正常的信号，让人忽略“噪声”的存在。 所以，信噪比的高低直接决定图像画质。信噪比越高越好，即信号越大，噪声越小，图像质量越好。信号指的就是光电信号，也就是电子——而满阱直接决定像元能容纳的电子数，即信号强度。 所以让我们来梳理一遍这个逻辑：当噪声一定时， 满阱越大——接受的电子数越多——电讯号越强——信噪比越高——图像质量越好。
“那什么叫图像质量好呢？” ……你烦不烦啊！（pia) 那我们就来说一说大满阱以及高信噪比在天文摄影方面的优势。其实日常摄影中也同样适用。 1. 显示出的实际图像的噪点更少。从定义和计算方式就可以得出。 2. 输出信号更加均匀连续，图像输出更为平滑，过渡更为自然。 3. 大满阱可以收获更好的色彩。因为颜色的区别实际上也是亮度的区别，大满阱能够捕获更多的光信号，自然也就会收集到更加充分的亮度信息，色彩更为充分。 4. 大满阱更不容易过曝。这个我们上期提到过，也容易理解——大满阱容纳的电子数多，调整增益时不会因为乘积过大数字溢出，导致信息损失，即过曝。在天文摄影中往往会出现亮天体与暗天体同框的情况，大满阱可以尽可能保证在显示出暗部细节的同时不会使亮天体过曝。按照天文老法师的话说就是“星点可以收得更小，不肥”。 5. 大满阱和高信噪比更便于后期处理。这个也容易理解：后期的算法中有不少都是乘算，当原数据不均匀时，这种算法无疑会更加放大这种不均匀。想想看，当你用手机拍个夜景，是不是稍微拉一点明度或饱和度就会噪点爆炸？因此，均匀的图像会给后期带来更大的空间。 大满阱和高信噪比的优势不再逐一例举。值得注意的是，芯片厂商给出的满阱参数，通常指的都是单个像元的满阱，而真正衡量相机感光性能的是传感器的满阱总量。也就是说，想要得知这个数字还要使用满阱容量乘以传感器所拥有的像元数量，也就是像素数。比如，一个2400万像素，满阱为80ke-的相机，它能达到的最大满阱总量就2400w*80ke-。 那如何能获得更大的满阱总量呢？主要有三个办法： 1.增大单个像素的面积。在其他条件不变时，单个像元越大，其满阱容量也就越大； 2.增加总像素数。原理简单粗暴，不解释。 而在民用市场中流通的传感器的面积也就那么大，即当传感器尺寸一定时，像素尺寸、像素数、单像元满阱容量是处于动态平衡之中的，不可兼得。关于像素数和像元大小，我们会在下期详述。那么就剩下第三种方法了： 3.使用某种骚操作，在不扩大单像元大小的前提下直接提升像元的满阱。 那有没有这种黑科技呢？ 有。比如QHY新一代天文相机，如QHY600, QHY268等，都应用了Q家独家的拓展满阱模式。以QHY600为例，在此模式之下，QHY600的单像元满阱可以直接从原来的51ke-提升至80ke-，提升一半还多。注意这个满阱容量的提升不是靠合并的方式，而是实打实的单像元的提升，即满阱总量的提升。而大满阱所带来的优势，自然不言而喻。 现在我们回看这个问题：“底大一级为什么会压死人？”
“像元要大一些，像素数也要多，大人我全都要”。好的，那就增大传感器面积，简单粗暴有效。所以当你什么也不懂就直接选择了全幅相机而不是其他小画幅的相机的时候，你要么得到了更大的像元，要么得到了更多的像素数，而其本质是你获得了更大的满阱总量。 所以大家应该也可以理解为什么小尺寸卡片机为什么难以超越全幅单反了。 （啥？你说索尼爸爸的黑卡RX1?你真的要管这个叫卡片机吗？？） 仅从成像质量的角度来看，”底大一级压死人“的说法自然不是严谨的，因为它只是单纯的在几何意义上去思考问题。虽然通常情况下不会有太大问题，但如果遇到了极端特殊情况，比如十几年前的全幅传感器单个像元的感光能力很弱（满阱很低）或者像素数少得可怜，那在成像质量上它还真的未必能打得过最新的APS-C相机。但如果把这个说法改成”满阱总量大一级压死人“，就会严谨很多，因为这已经超脱了几何层面的表象，而是站在光电原理的本质层面思考问题。 而当我们超脱的大底的几何意义之后，我们就会得出这个有意思的推论：
同样的传感器，同样的画幅，没有大满阱模式的机器和有这个模式的机器的差距近似于卡片机和单反的差距。
所以如果有一天，当两个有着同样芯片的相机摆在你面前，你会怎么选呢？ （未完待续）
下一期，我们还会讨论一些常见而有趣的问题，如:
“我的手机能飙到几十万的ISO，为什么拍夜景还是噪点爆炸？” “我的手机明明有一亿像素，拍照方面甚至还不如入门单反？” "假设存在两个满阱总量相同或接近的相机，我应该选单像素尺寸大像素数较少的那款，还是像素数多但单像素尺寸较小的那款？" 大家可以利用本期的知识先推论一下。“像元大小与像素数”，我们下期再见哦。 PS: 不要用底大一级压死人来解释以上问题
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