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[佳能单反] ZT: 从佳能CMOS技术进步猜测5D3的水平

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发表于 2012-3-26 19:56:04 | 显示全部楼层 |阅读模式
http://info.xitek.com/wuji/201203/26-75792.html

从技术角度,对5D3最大的兴趣点以及疑问点,应该是高感。佳能官方公布的可用ISO指标是25600,比5D2的6400高了2档。如果5D3真的能达到这个水平,毫无疑问是放了一个巨大的卫星,这意味着在100%像素下,其高感性能超过了D3S。但是,由于目前公布的各种样片都是JPEG格式的,没有RAW文件,其中可能包含了降噪处理,因此很难做出判断。下面试着从佳能CMOS传感器进步的角度,猜测一下5D3的技术水平。

59_26113644_1.jpg


EOS 5D MarkIII


  佳能目前最好的CMOS工艺设计,应该是S100上用的那块芯片。根据DP网友按DXO的传感器测试数据反算的芯片指标,佳能的各代CMOS大致的QE(量子效率)水平大致是:

1000D,40D,5D2 33%
550D,60D,7D 40%
S100 52%

  假设5D3使用的传感器达到S100的水平,那么QE的进步幅度,在ISO100下,能够让5D3的SNR比5D2提高大约2dB,不到1档(1档是3dB)。

  用DXO上5D2的ISO-SNR曲线推算,5D3在100%下DXO的可用ISO能达到1100-1200,那么,5D3最终DXO的高感得分将是3000-3300,基本接近D3S的得分水平。(DXO的高感得分是把100%像素下的结果,按统一输出算术平均缩图到800万像素计算调整量,进行归一化处理的,其增益关系是像素每增加一倍,高感得分好1档,这种方式将100%像素下的观看效果和高像素缩图两个因素综合了)

  考虑到新的DIGIC5+处理器,也许还能增加一些RAW降噪处理,那么最终可能在此基础上还是有所增加,也许佳能把额外的有损降噪都放在JPEG里,那就是差不多这样了,也就是说,RAW文件的噪声水平,最终比5D2高接近1档。

  顺便对比一下D800的猜测,如果D800在100%像素下达到D7000的水平(D7000,D5100,K5,NEX-5N,C3,7的传感器都是同一代技术,QE是48%,这也是目前索尼最好的工艺水平),那么D800在DXO上高感得分,得益于3600万像素归一化到800万带来的巨大增益,将达到2600-3000的水平,不过还是略低于5D3。
  以上内容,纯属个人猜测,如有雷同,纯属巧合

在IR上最新发表了一系列5D3各ISO下测试照片的RAW文件,这些照片跟以前5D2和其它机型使用类似的场景和拍摄方法,因此有一定的可比性。遗憾的是,IR的测试照片上很难找到一块均匀的18%灰区域,为便于对比,都取了各照片左上角300*300像素的一块灰色区域。这块区域的数据平均大约是150左右,比中灰(127)要高,再加上拍摄条件的不一致性,因此数值本身并不能用来跟DXO的测试数据对比,只供参考。详细的各ISO测试数据可参见从61楼开始的几个贴子。以下是对简单汇总分析。

59_26112655_1.jpg


  左边是100%像素下各机型的ISO-SNR曲线,可以看到D3S仍然是独居榜首,D4大约落后D3S将近一档,5D3又落后D4大约半档,但领先5D2也大约半档。其中绿线代表的D7000,如果D800在100%像素下表现跟D7000类似,那也就是D800的位置。

  右图是按DXO归一到800万像素的方法进行增益后的结果。可以看到,D4跟D3S拉近了,但仍然追不上。5D2也还是落后于D4,但已经相当接近。其中5D3在ISO25600有一个明显的上跳,这可能跟5D3在ISO25600时的曝光倾向有关,从原始数据中看到这时5D3曝光明显增强。假想D800是对D7000按3630万进行增益的结果。
ISO1600统计数据对比
ISO3200统计数据对比
ISO6400统计数据对比
ISO12800统计数据对比
ISO25600统计数据对比

  从IR下载了5D3的一张标板测试照片RAW文件,做了一下简单的频率分析,结果令人惊讶,5D3在达到像素密度的分辨率上竟然还有一定反差!可惜没有5D2同样标板的照片,找了几个都没有这么多高频信号可以对比。所以附图是跟7D同样标板的对比,两张照片5D3是F5.6,1/25秒,7D是F5.6,1/30秒。

 IR的5D3标板测试照片RAW文件http://www.imaging-resource.com/ ... D3hVFAI0100.CR2.HTM
 7D相同标板测试照片RAW文件http://www.imaging-resource.com/PRODS/E7D/E7DhMULTII00800.CR2.HTM

59_26112732_1.jpg



  上图左边是5D3,右边是7D,黄框选定区域大约相当于传感器上6mm左右宽度。下面的部分是对应的频率分析结果。

5D3像素密度5788/36mm=160.8/mm=80lp/mm
7D像素密度5360/22.3mm=240.4/mm=120lp/mm

  可以看到,5D3在左起0.1-0.2mm这0.1mm的部分,可以清楚地数出8个周期,也就是80lp/mm,这可就是5D3的像素密度了。而且在这部分,5D3的照片上仍然保持了大约15%的反差。当然,由于马赛克原理的限制,这部分的伪色是无法完全消除的,因此实际拍摄中这部分分辨率其实并没有什么实用意义,但是可以清楚看到,5D3的低通并没有很强的作用。

  与此相对,7D的部分可以很清楚看到,7D的像素密度是120lp/mm,也就是每0.1mm有12个周期,但是左边第一个0.1mm范围才有10个周期,都已经有较大的反差损失,只能有6个周期保持一定的反差,后面的部分反差衰减更加明显。

  从这个简单对比可以看到,5D3的低通绝对是重新设计的,而且比7D的作用要轻很多。因此可以预期,很多镜头在5D3上都可以有更好的分辨率表现。佳能宣称说改进了5D3的摩尔纹和锯齿,看来不只是针对视频的。

上面的两个波形图的含义是这样的:

  每张照片里有个黄色选框区域,那个区域的宽度根据像素尺寸计算后,大约对应传感器上水平方向的6mm。

  波形横坐标就是这个选框区域的水平方向从左到右的位置,选区最左边是0mm,刻度是依次向右0.1mm。所以,每个0.1mm代表了传感器上水平方向0.1mm距离上信号的变化情况,这个实际上就是把线对/mm图形化为波形,从而能更直观地进行比较。

  波形的纵坐标是灰度值,这两个坐标结合起来,不仅能看到选区中每个0.1mm距离上传感器记录的信号空间频率,还能直接看到反差,每个周期波峰和波谷灰度值相差越大的反差越大,比如5D3那个0.1mm中,8个周期的反差比较稳定,大致是波峰210,波谷160左右,反差就是(210-160)/(210+160)=13.5%。这个反差已经足以让人清楚的看出线条模式了。而7D那边就差太多了,结果就是7D的照片上在高频部分很难看到线条。

  关于5D3到ISO25600后信噪比下降减缓的现象,如果不是拍摄过程的问题,那么就说明5D3可能在ISO25600已经使用了一部分数字放大,也就是一般用来实现扩展ISO采用的方法。

  以前对动态范围这个问题重视不够,因为实际上这个数字对数码相机画质的影响,远远没有纸面上看着那么大。不过既然都对这个问题比较关注,我也试图把这个问题分析得更清楚一些,重点就是如何理解动态范围测试数据。

  由于动态范围测试需要特殊的标板,而5D3在网上还找不到这样的照片,IR上的测试照片灰度的跨度不够,因此暂时先用DXO网站上5D2的测试结果作为原始数据。由于影响动态范围结果的主要是下限数据,因此以下就集中在这个方面。

  DXO的动态范围测试结果显示,ISO100下原始的动态范围数据,5D2是11.16ev,而D7000是13.35ev,相差超过2档。那么,5D2是不是在ISO100下的画质就比D7000差呢?把DXO网站上两个机型的Full SNR数据下载下来,我们就可以分别得到5D2和D7000在ISO100下对各个灰度值的SNR数据曲线。这个曲线的横坐标是灰度比例,全黑是0,全白是100%,纵坐标是SNR分贝数。如果确定了暗部画面识别的SNR标准,比如取0dB,或者5dB,那么就可以按这个标准对应的横线,找到各机型达到这个标准对应的灰度值,这个就被用作它动态范围的下限。

59_26112829_1.jpg


  上图就是5D2和D7000的对比图。这个图的左边是横坐标采用对数坐标表示,右边采用线性坐标表示。

  如果看左半部分的图,你会感觉5D2和D7000的动态范围差很多,比如按DXO的标准,取SNR=1=0dB作为标准,那么D7000要比5D2好2档,如果按5dB作标准,也要好1档多。

  但是,如果你看右半部分,你就会发现,其实这好出来的1档或者2档信噪比,统统都发生在1%灰度以下,也就是看直方图时最左边一条竖线的宽度。在正常曝光的整个照片的像素范围中,仅仅占微不足道的比例。而且这部分由于亮度很低,反差也很小,因此即使有什么细节实际意义也不大。而在其他部分,5D2跟D7000相当接近,甚至在中间部分(从1.7%到50%),5D2还要超过D7000。从摄影理论的7档动态范围表现来说,灰度比例跨度是0.8%到100%,那么在这个范围,5D2在ISO100整体表现要好于D7000。

  同时,ISO100下的高动态范围往往意味着是不同传感器技术策略选择的结果。这样的传感器,通常在提高ISO后性能下降更快。

  从上面的分析可以看出,测试网站上11-14档的动态范围数据,其实并不一定代表ISO100下画质的高低。各网站上测试出来动态范围超高的机型,基本上都是赢在亮度极低的区域,对正常曝光照片的画质改善实用价值非常有限。

关于动态范围测试结果的另一个问题,是要不要对动态范围也按像素进行调整。

  DXO网站上采用的评分方法是,统一按缩图到800万计算,因此像素总数每增大一倍,动态范围获得0.5档增益。

  现在论坛里引用的Claff对D800的“摄影动态范围”估算结果,则更加有趣,是以(16000/竖边像素数量)作为信噪比(比值)的判断依据,参见他在DP论坛上的帖子http://forums.dpreview.com/forum ... 83&changemode=1。

  按他的方法,D800的照片竖边是4912像素,因此D800用来判断的标准就是SNR=16000/4912=3.26=10.25dB,而5D3的照片竖边是3840像素,因此5D3的下限标准是SNR=16000/3840=4.17=12.39dB,仅此一项就拉开了将近1档,更何况D800本来就继承了SONY传感器ISO100下暗部噪声控制好的优点,越往暗部曲线越相对平缓,在这种算法下那更是如虎添翼,雄踞榜首是毫无疑问的。

  虽然这些指标都被测试网站各自定义为注重摄影应用效果,这种方法其实是存在严重问题的。当进行缩图时,只有对像素进行算术平均缩图才能达到改善信噪比的效果。但是,算术平均缩图的代价是严重降低反差,也就是减少了可分辨的细节。你认为,是缩图后光滑一片的暗部有意义呢,还是有点噪声但能看出细节内容的暗部有意义?由此可见,认为缩图能改善信噪比,从而提高可用动态范围,是一种非常简化而缺乏实际意义的假设。

  举个极端的例子,D800的3600万像素,假设原生动态范围是13档,缩图16倍到200万,按DXO的算法能给动态范围增益到15档,请问这个数据有意义吗?你能在这个200万像素图片上找到15档的光比吗?

  因此,我认为动态范围就是动态范围,不应按像素进行调整。

IR上新发布了D800的测试照片,与5D3基本是相同场景的,按前面的方法,同样取左上角300*300的区域进行了信噪比计算。

  数据与D7000相比基本相同,ISO1600略低,ISO3200相同,ISO6400略高。但是值得注意的是,相同曝光设置下,这个区域D800的亮度比D7000低,比5D3也要略低,这可能说明不同时间IR的测试条件不一致,因此结果只能作为参考。

  下图是更新后的D3、D4、5D3、D800机型ISO-SNR对比图,在100%像素下,5D3大约比D800高1档,按DXO归一缩图到800万的计算方法,D800比5D3多获得了2.1dB的增益,因此有所接近,但还是差一些。

  总的来说,D800与D7000的RAW文件高感表现基本类似。

59_26112907_1.jpg



  IR上同时也发布了D800标板测试的照片,跟5D3采用的是同一个标板。初步对这两张照片进行空间频率波形分析,D800要略好一些,但感觉相差并不多。如下图所示,上面是D800测试照片和波形分析,下面是5D3的,波形图含义与以前相同,横坐标都是黄色选框区域从左到右的距离,纵坐标是灰度值。可以看到D800在前两个0.1mm中,虽然能数出8.5个周期左右,但反差都不理想,而5D3可以在0.1-0.2mm处清楚数出8个反差良好的周期。

  IR用来测试的是一只Sigma Macro 70mm F2.8 EX DG镜头,不知道这个镜头的MTF数据,因此很难给以定量分析。这个结果也许是镜头和D800低通共同作用的结果,同时检查EXIF还可以注意到,D800的设置中HighISONoiseReduction是Normal,也许对锐度也有影响?在其他高ISO测试照片中,这个设置是Minimal。

  总之,从这个结果来说,可以猜测D800跟大多数镜头配合,相对于5D3,分辨率上可能没有明显的优势,远远达不到像素数量的差别。

59_26113004_1.jpg


最近研究了一下5D3的RAW文件,发现一个很有意思的现象,5D3的RAW文件格式跟5D2基本一样的,但是如果用5D2的转换程序去处理的话,得到的结果会蒙上一层浅红色。这说明5D3红色像素里“红”的分量变高了,用5D2的彩色转换参数矩阵去分离色彩,会得到更多的“红”。也就是说,5D3的彩色滤片(也就是那个马赛克)改了。



  佳能以前的DSLR有个特点,它的彩色滤片中透过红光的部分,从光谱上其实透过的是黄光,也就是红+绿。这样它红色像素得到的总光线相对更多,对提高信噪比有利,但是由于原始色彩分离度不够,彩色噪声要高一些,也就是变相损失了红色的准确性。这也是为什么在DXO的测试中,佳能相机的Color Depth(Color Sensitivity)得分一直不高的原因。

  这次5D3改了彩色滤片,从现有数据来看,应该是让红色通道更“红”了,减少了绿色的成分,可能是由于传感器QE提高,已经不需要多那么一点光线了。因此,估计在DXO测试结果中,5D3的Color Depth得分会明显高于5D2,估计要高1bit左右,也就是达到24.7bit。

  有了这个估算,就可以猜测一下5D3在DXO测试中的总分了。由于DXO采用的是非线性的总分计算,至少是分段的,谁也不知道它是怎么算的,更别提问个为什么了,所以这个总分就无法准确估计了,只能是猜个大概。

  根据IR的测试照片,以及对佳能CMOS技术进步带来QE改善的猜测,5D3在暗部信噪比要比5D2提高1.9dB左右,那么5D3的动态范围也要比5D2高0.5档左右,大约是12.5。但是动态范围计算非常依赖于暗部噪声的下降曲线,现有测试照片无法找到很低的暗部,这个数据就是假设5D3仍然跟5D2有相同的曲线得出的,可能跟DXO的实际测试有一定差距。

  再加上猜测的5D3可用ISO大概是2800左右,这样,在5D2得分79分基础上,那么5D3的总分将会是84-85分左右。
  从现有照片来看,以D7000的技术水平估算D800还是比较准确的。那么,假设D800基础技术指标跟D7000相同,考虑到3600万像素的增益,D800在DXO各项测试中的指标,将会是:Color Depth 23.5+1.7=25.2bit,Dynamic Range 13.9+0.6=14.5Evs,Low-Light ISO 2600-2700左右,那么D800的DXO测试总分将会超过90分,甚至很可能达到或超过飞思IQ180的91分,成为总分第一名。
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发表于 2012-3-26 20:01:34 | 显示全部楼层
弃家入坑吧……
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 楼主| 发表于 2012-3-26 20:29:08 | 显示全部楼层
弃家入坑吧……
社员甲 发表于 2012-3-26 07:01



    说完全不想是假的。但理性思考之后,还是坚持老满的一贯思想:不以器材论英雄。今天朝迪吧,明天又拜武帝寺。你说这是玩摄影的吗?好的器材是为了更好地延伸人的思想与情感的呀。可目前的器材尚未被老满发挥至极致,说的实在一点有一半能发挥好就不错了。再追器材岂非人才浪费?
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发表于 2012-3-27 00:35:17 | 显示全部楼层
说完全不想是假的。但理性思考之后,还是坚持老满的一贯思想:不以器材论英雄。今天朝迪吧,明天又 ...
新满人 发表于 2012-3-26 20:29


结婚生子,媳妇不同结果差别很大呀 不过哥还是望你继续hold土豆
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 楼主| 发表于 2012-3-27 06:38:11 | 显示全部楼层
结婚生子,媳妇不同结果差别很大呀 不过哥还是望你继续hold土豆 ...
傻瓜满多 发表于 2012-3-26 11:35



还真是这么个道理啊。   不!不后悔!
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发表于 2012-3-27 07:03:40 | 显示全部楼层
结婚生子,媳妇不同结果差别很大呀 不过哥还是望你继续hold土豆 ...
傻瓜满多 发表于 2012-3-27 00:35


老兄这个是有道理。 如果你找个媳妇很经摔,那生下的孩子大多情况下也皮实。你要是找个媳妇很会拍,那孩子也不差。就看你是想摔,还是要拍。
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发表于 2012-3-27 07:26:43 | 显示全部楼层
老兄这个是有道理。 如果你找个媳妇很经摔,那生下的孩子大多情况下也皮实。你要是找个媳妇很会拍,那孩 ...
袜贩 发表于 2012-3-27 07:03

要经摔能拍,那只能拍不能摔的,看着很亮丽,天黑也很配合,可不知那一天就把你给摔了,嘿嘿
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发表于 2012-3-27 07:42:50 | 显示全部楼层
要经摔能拍,那只能拍不能摔的,看着很亮丽,天黑也很配合,可不知那一天就把你给摔了,嘿嘿 ...
傻瓜满多 发表于 2012-3-27 07:26



    你们这是讨论啥呢?老满怎么了?
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发表于 2012-3-27 08:12:03 | 显示全部楼层
你们这是讨论啥呢?老满怎么了?
澳洲大头 发表于 2012-3-27 07:42

这个不能告述你,拍你范进
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发表于 2012-3-28 07:15:22 | 显示全部楼层
这个不能告述你,拍你范进
傻瓜满多 发表于 2012-3-27 08:12



    你是说老满已经范进了?
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发表于 2012-3-28 07:30:08 | 显示全部楼层
你是说老满已经范进了?
澳洲大头 发表于 2012-3-28 07:15


不是,是说怕你范进所以他不敢范进
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 楼主| 发表于 2012-3-28 08:00:30 | 显示全部楼层
结婚生子,媳妇不同结果差别很大呀 不过哥还是望你继续hold土豆 ...
傻瓜满多 发表于 2012-3-26 11:35



    哥你这个例子举的实在是太生动了、太入木三分了。老弟想到头晕眼花,后来我菲戈奥特一个方法。 - 要不妻妾老弟同时拥有?
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 楼主| 发表于 2012-3-28 08:01:53 | 显示全部楼层
你是说老满已经范进了?
澳洲大头 发表于 2012-3-27 18:15



    我们在讨论娶妻生子的问题。
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发表于 2012-3-28 08:57:35 | 显示全部楼层
哥你这个例子举的实在是太生动了、太入木三分了。老弟想到头晕眼花,后来我菲戈奥特一个方法。 - 要 ...
新满人 发表于 2012-3-28 08:00

不行啊,麻烦太大;不过把前妻都修了,损失也不小。
据报这D800的画质在目前的单反中是真正的无敌呀,唯一的缺陷就是有录像功能
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发表于 2012-3-28 09:04:15 | 显示全部楼层
哥你这个例子举的实在是太生动了、太入木三分了。老弟想到头晕眼花,后来我菲戈奥特一个方法。 - 要 ...
新满人 发表于 2012-3-28 08:00



    老满总算明白了。你哥那个例子其实是误导。容易把人引导到非此即彼的歧途。。。。。。。相机怎么能用妻妾来比喻呢!?完全可以拥有多个嘛。。。。。
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