Ändert die ISO-Änderung einer modernen Digitalkamera wirklich die Verstärkung eines elektronischen Verstärkers?

Die Frage Warum würde die Verwendung eines höheren ISO-Werts und einer kürzeren Verschlusszeit mehr Rauschen erzeugen als die Verwendung eines niedrigeren ISO-Werts und einer längeren Verschlusszeit? hat derzeit fünf Antworten, und vier davon enthalten mehrmals das Wort Amplify oder Amplifier.

Ich hatte immer gedacht, dass die Elektronik zwischen dem CCD-Array und dem ADC ziemlich gut befestigt ist und dass ISO-Änderungen tatsächlich digital implementiert wurden, nach der Umwandlung von analog zu digital, aber ich habe keine Grundlage für diese Überlegung.

Gibt es wirklich einen analogen Verstärker mit variabler Verstärkung vor dem ADC oder ADCs für höherwertige Kameras? Diese Antwort deutet sogar darauf hin, dass es Millionen von Verstärkern gibt.

Ich würde wirklich gerne ein Blockdiagramm von einer repräsentativen Kamera oder einem Sensor sehen können, das die Position des Verstärkers mit variabler Verstärkung vor dem ADC zeigt .

Antworten (2)

Ja

Hier kommt die Definition von Circuitry von whatdigitalcamera.com

CCD- und CMOS-Sensoren unterscheiden sich in ihrem Aufbau. CCDs sammeln die Ladung an jeder Fotostelle und übertragen sie vom Sensor durch eine lichtgeschützte vertikale Pixelanordnung, bevor sie in ein Signal umgewandelt und verstärkt wird. CMOS-Sensoren wandeln Ladung in Spannung um und verstärken das Signal an jedem Pixelort und geben so Spannung statt Ladung aus. CMOS-Sensoren können typischerweise auch zusätzliche Transistoren für andere Funktionen enthalten, wie etwa Rauschunterdrückung.

Der Verstärkungsprozess hängt also vom Sensor ab, CCD oder CMOS, aber im Grunde verstärkt ISO physikalisch einen analogen Wert .

Bei CCD hilft 1 Verstärker vielen Pixeln , aber bei CMOS ist 1 Pixel = 1 Verstärker. Also ja, ein 24-Mp-CMOS-Sensor liefert satte 24 Millionen Verstärker!

Schauen Sie sich für CMOS diese Schaltpläne von micro.magnet.fsu.edu an :

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Sie können sehen, dass (einer der) Verstärkungsschritte von dem Block namens "Video Amp" ausgeführt wird, der einen Gain -Parameter hat. Im Allgemeinen wird diese Verstärkung durch eine variable Spannung oder einen variablen Widerstand gesteuert. Die Verstärkung wird durch physische Änderung dieser Parameter eingestellt.

Es kann möglich sein, dass die Verstärkung im Sensor festgelegt ist und dass der analoge variable Teil erst nach dem Sensor auftritt, wie dies durch die CMOS-Schaltpläne nahegelegt wurde.

Was CCD betrifft, werfen Sie einen Blick auf die VSP2230-Beschreibung . Es ist ein CCD-Signalprozessor für Digitalkameras von Texas Instrument und verfügt über dieses Funktionsdiagramm:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Sie können sehen, dass es vor der Analog-Digital-Wandlung einen "Programmable Gain Amplifier" bietet.

Wenn Sie sich das Datenblatt Seite 2 ansehen , können Sie sehen, dass die Verstärkung in einem digitalen Register (gegeben durch den Verstärkungscode ) über eine serielle Schnittstelle programmiert wird. Sie können zwischen -6 dB und +40 dB mit einem 10-Bit-Wert wählen (1024 Möglichkeiten).

Wenn Sie jetzt technisch werden wollen, werfen Sie einen Blick auf http://ece.utdallas.edu/~torlak/courses/ee3311/lectures/ch07.pdf , es ist eine Vorlesung der University of Dallas über CMOS-Verstärker.

Und wenn Sie Ihre Physik und Mathematik wirklich mögen, versuchen Sie, eine Ausgabe des Handbook of Digital Imaging in die Finger zu bekommen

Sie können auch einen Blick auf Wie wird ISO in Digitalkameras implementiert? werfen. , aber einige Links fehlen.

Ich möchte hinzufügen, dass die analoge Verstärkung mindestens in zwei Schritten erfolgt: im Sensor und außerhalb des Sensors. Die Gewinne aus diesen Verstärkungen sind möglicherweise nicht immer fest.

Nebenbei bemerkt, im Allgemeinen hat ein DSLR-Sensor eine begrenzte Kapazität, um ein analoges Signal anständig zu verstärken. Für große ISO-Werte (z. B. >3200), die im Allgemeinen als erweiterter ISO-Bereich angegeben werden, wird eine digitale Verstärkung verwendet.

Hinzu kommt, dass der Grund dafür darin besteht, dass die Bittiefe der ADCs beklagenswert unzureichend ist, um einen ausreichend breiten Wertebereich darzustellen, um eine digitale Abschneidung vorzunehmen. Wenn Sie jemals mit Audio gearbeitet haben, wissen Sie, dass 24-Bit-Aufnahmen 16-Bit weit überlegen sind, da das digitale Grundrauschen unter das analoge Grundrauschen fällt und Sie sich nicht allzu viele Gedanken über die Verstärkungsstufe machen müssen. Moderne Kameras verwenden normalerweise entweder 12-Bit- oder 14-Bit-ADCs. Gain Staging ist also viel wichtiger als selbst bei alter/Low-End-Audiohardware.
Ich habe den Link korrigiert und versucht, Ihre Frage zu beantworten.
Bravo! Dies ist eine ausgezeichnete Antwort; Vielen Dank, dass Sie sich die Zeit genommen haben, tief zu graben und diese Diagramme für CMOS- und CCD-Arrays zu finden. Ich bin jetzt überzeugt :-)

Ja. Der Sensor ist nur ein Eimer, der die einfallenden Photonen sammelt, und er kann sich nicht auf eine höhere Empfindlichkeit einstellen. Die Verstärker können.

Danke, ich weiß, dass Verstärker die Verstärkung ändern können , aber solange das LSB-Rauschen unter dem Schrotrauschen liegt und der ADC genügend Tiefe hat, kann dies je nach Details möglicherweise auch in Software erfolgen. Also suche ich nach etwas Schlüssigem und nicht nur nach Argumenten.
Unabhängig davon, ob Sie einen tatsächlichen analogen Verstärkerchip hinzufügen oder die Helligkeit in der Software erhöhen, beides ist Verstärkung. Beide heben die niedrigen Werte an und heben das Grundrauschen an, um möglicherweise sichtbar zu sein. Software-Boosts werden jedoch bei 255 beschnitten, aber Analog leidet nicht unter Beschneidung (in einem geeigneten Design). Ihre Theorie, was ist, wenn der Geräuschpegel zu niedrig ist, um eine Rolle zu spielen, ist nicht realisierbar, es spielt offensichtlich eine Rolle. Und die einfachste Tatsache ist, dass der eigentliche Sensor so etwas nicht kann, er kann nur da sitzen und eine Ansammlung von Photonen sammeln. Eine größere Exposition könnte die Werte erhöhen.
Ändert die ISO-Änderung einer modernen Digitalkamera wirklich die Verstärkung eines elektronischen Verstärkers?
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