Действительно ли изменение ISO современной цифровой камеры меняет коэффициент усиления электронного усилителя?

Вопрос Почему при более высоком значении ISO и более короткой выдержке возникает больше шума, чем при более низком значении ISO и более длинной выдержке? в настоящее время имеет пять ответов, и четыре из них содержат слово amplify или усилитель несколько раз.

Я всегда думал, что электроника между ПЗС-матрицей и АЦП достаточно хорошо отлажена, и что изменения ISO на самом деле осуществлялись в цифровом виде, после аналогово-цифрового преобразования, но у меня нет никаких оснований для такого мнения.

Действительно ли есть аналоговый усилитель с переменным коэффициентом усиления перед АЦП или АЦП для более качественных камер? Этот ответ даже предполагает, что существуют миллионы усилителей.

Мне бы очень хотелось увидеть блок-схему какой-нибудь репрезентативной камеры или датчика, показывающую расположение усилителя с переменным усилением перед АЦП .

Ответы (2)

Да

Вот определение схемотехники с сайта whatdigitalcamera.com.

Датчики CCD и CMOS различаются по своей конструкции. ПЗС собирают заряд на каждом фотосайте и передают его от датчика через светозащищенный вертикальный массив пикселей, прежде чем он преобразуется в сигнал и усиливается. Датчики CMOS преобразуют заряд в напряжение и усиливают сигнал в месте расположения каждого пикселя, поэтому выдают напряжение, а не заряд. Датчики CMOS также могут обычно включать дополнительные транзисторы для других функций, таких как шумоподавление.

Таким образом, процесс усиления зависит от датчика, ПЗС или КМОП, но в основном ISO физически усиливает аналоговое значение .

Для CCD 1 усилитель помогает многим пикселям , а для CMOS 1 пиксель = 1 усилитель. Так что да, 24-мегапиксельная CMOS-матрица дает колоссальные 24 миллиона усилителей!

Для CMOS взгляните на эту схему с сайта micro.magnet.fsu.edu :

введите описание изображения здесь

Вы можете видеть, что (один из) шагов усиления выполняется блоком под названием «Видеоусилитель», который имеет параметр усиления . Как правило, этот коэффициент усиления регулируется переменным напряжением или переменным сопротивлением. Коэффициент усиления задается физическим изменением этих параметров.

Возможно, усиление в датчике фиксировано, и что аналоговая переменная часть возникает только после того, как датчик предполагает схему КМОП.

Что касается CCD, взгляните на описание VSP2230 . Это сигнальный процессор CCD для цифровой камеры от Texas Instrument, который имеет следующую функциональную схему:

введите описание изображения здесь

Вы можете видеть, что он обеспечивает «усилитель с программируемым усилением» перед аналого-цифровым преобразованием.

Если вы посмотрите на лист данных , стр. 2 , вы увидите, что усиление запрограммировано в цифровом регистре (задаваемом кодом усиления ) через последовательный интерфейс. Вы можете выбрать от -6 дБ до +40 дБ с 10-битным значением (1024 возможности).

Теперь, если вы хотите углубиться в технические подробности, взгляните на http://ece.utdallas.edu/~torlak/courses/ee3311/lectures/ch07.pdf , это лекция Университета Далласа об усилителях CMOS.

И если вам действительно нравятся физика и математика, попробуйте получить издание Handbook of Digital Imaging.

Вы также можете посмотреть , как реализована ISO в цифровых камерах? , но некоторые ссылки отсутствуют.

Хочу добавить, что аналоговое усиление происходит как минимум в два этапа: в датчике и вне датчика. Прибыль от этих усилений не всегда может быть зафиксирована.

В качестве примечания, как правило, датчик DSLR имеет ограниченную способность прилично усиливать аналоговый сигнал. Для больших значений ISO (например,> 3200), обычно определяемых как расширенный диапазон ISO, будет использоваться цифровое усиление.

Вдобавок к этому причина в том, что битовая глубина АЦП крайне недостаточна для представления достаточно широкого диапазона значений для цифрового усечения. Если вы когда-либо работали со звуком, то знаете, что 24-битная запись намного превосходит 16-битную, потому что цифровой уровень шума падает ниже аналогового уровня шума, и вам не нужно слишком беспокоиться о каскадировании усиления. В современных камерах обычно используются 12-битные или 14-битные АЦП. Таким образом, усиление сцены имеет гораздо большее значение , чем даже со старым/дешевым аудиооборудованием.
Я исправил ссылку и попытался ответить на ваш вопрос.
Браво! Это отличный ответ; спасибо, что нашли время, чтобы копнуть глубже и найти эти диаграммы для массивов CMOS и CCD. Я теперь верующий :-)

Да. Датчик — это просто ведра, собирающие поступающие фотоны, и он не может настроиться на большую чувствительность. Усилители могут.

Спасибо, я знаю, что усилители могут изменять коэффициент усиления, но пока шум LSB ниже дробового шума, а АЦП имеет достаточную глубину, потенциально это можно сделать и программно, в зависимости от деталей. Поэтому я ищу что-то убедительное, а не просто обоснованное.
Независимо от того, добавите ли вы настоящий чип аналогового усилителя или увеличите яркость в программном обеспечении, оба являются усилением. Оба поднимают низкие значения выше и поднимают уровень шума, чтобы он был виден. Однако софтверные бусты будут обрезаться на 255, а аналог клиппинга не испытывает (в подходящем дизайне). Ваша теория о том, что если уровень шума слишком низок, чтобы иметь значение, нежизнеспособна, она, очевидно, имеет значение. И самое простое, настоящий сенсор ничего подобного делать не может, он может только сидеть и собирать скопление фотонов. Большее воздействие может повысить уровни.
Действительно ли изменение ISO современной цифровой камеры меняет коэффициент усиления электронного усилителя?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v