为什么较大的传感器在弱光下更好？

在弱光条件下哪一点和新芽是最好的答案？表示（1）快速的镜头/大光圈（2）合理的ISO 400+处理，以及（3）放在一起时的大传感器对于在弱光条件下拍摄至关重要。

我理解的第一个（它允许更多的光），第二个我理解的（“胶片”对光更敏感）。对不起，我不了解第三个因素。

当较大和较小的传感器具有相同的百万像素时，最容易理解它们之间的差异。如果我们有几个假设的相机，一个带有较小的APS-C传感器，另一个带有全画幅传感器，并假设两者都具有8百万像素，则差异归结为像素密度。

APS-C传感器约为24x15mm，而全画幅（FF）传感器约为36x24mm。就面积而言，APS-C传感器约为360mm ^ 2，FF为864mm ^ 2。现在，从现实的角度来看，计算作为功能像素的传感器的实际面积可能会相当复杂，因此我们暂时假设理想的传感器，其中传感器的总表面积专用于功能像素这些像素被尽可能有效地利用，并假设所有其他影响光的因素（例如焦距，光圈等）都是等效的。鉴于此，并且假设我们的假设摄像机均为8mp，那么很明显每个像素的大小用于APS-C传感器的像素小于用于FF传感器的每个像素的尺寸。确切来说：

APS-C：
360mm ^ 2 / 8,000,000px = 0.000045mm ^ 2 / px-
> 0.000045 mm ^ 2 *（1000 µm / mm）^ 2 = 45µm ^ 2（平方微米）
-> sqrt（45µm ^ 2）= 6.7微米

FF：
864mm ^ 2 / 8,000,000px = 0.000108mm ^ 2 /
px-> 0.000108 mm ^ 2 *（1000 µm / mm）^ 2 = 108µm ^ 2（微米）
-> sqrt（108µm ^ 2）= 10.4µm

用“像素大小”或每个像素的宽度或高度（通常在照片齿轮网站上引用）的更简单，标准化的术语来说，我们有：

APS-C像素大小= 6.7µm像素
FF像素大小= 10.4µm像素

在像素尺寸的术语中，FF 8MP照相机具有1.55倍比APS-C 8MP照相机更大的像素。但是，像素大小的一维差异并不能说明全部情况。像素具有在其上聚集光的二维区域，因此，将每个FF像素与每个APS-C像素的面积之差可以说明整个情况：

108µm ^ 2 / 45µm ^ 2 = 2.4

（理想化的）FF摄像机具有（理想化的）APS-C摄像机的聚光能力的2.4倍，或相当于约1 档！这就是为什么较大的传感器在弱光条件下拍摄时更有利的原因...在任何给定的时间范围内，它们都具有更大的聚光能力。

换句话说，在任何给定的时间范围内，较大的像素比较小的像素能够捕获更多的光子撞击（我的意思是“灵敏度”）。

现在，示例和计算首先假设“理想化”传感器，或者说是非常高效的传感器。现实世界中的传感器并没有理想化，它们也不容易以苹果对苹果的方式进行比较。现实世界中的传感器并没有以最大的效率利用蚀刻到其表面的每个像素，更昂贵的传感器往往内置了更先进的“技术”，例如有助于收集更多光的微透镜，较小的无功能间隙。每个像素，移动列/行的背光布线制造可以激活并读取光敏元件下方的布线（而正常设计则使该布线位于光敏元件上方（并干扰光敏元件）），等等。此外，全画幅传感器通常比较小的传感器具有更高的百万像素计数，这使事情变得更加复杂。

两个实际传感器的真实示例是将佳能7D APS-C传感器与佳能5D Mark II FF传感器进行比较。7D传感器为18mp，而5D传感器为21.1mp。大多数传感器的额定像素数约为百万像素，通常比市售数字高出很多，因为许多边界像素用于校准目的，受到传感器滤镜机制等的阻碍。因此，我们假设18mp和21.1mp是真实的-世界像素数。这两个当前的和现代的传感器在聚光能力上的区别是：

7D APS-C： 360mm ^ 2 / 18,000,000px * 1,000,000 = 20µm ^ 2 / px
5DMII FF：864mm ^ 2 / 21,100,000px * 1,000,000 = 40.947〜= 41µm ^ 2 / px

41µm ^ 2 / 20µm ^ 2 = 2.05〜= 2

佳能5D MKII的全画幅相机拥有约2倍 7D的APS-C相机的聚光能力。这将转化为大约一站式的附加本机灵敏度。（实际上，5DII和7D都具有6400的最大本机I​​SO，但是7D在3200和6400上都比5DII嘈杂得多，并且似乎仅在大约ISO 800时才真正标准化。请参阅：http：/ /the-digital-picture.com/Reviews/Canon-EOS-7D-Digital-SLR-Camera-Review.aspx）相反，18MP FF传感器将具有大约1.17x的21.1mp FF传感器的集光功率5D MkII，因为在相同（且大于APS-C）区域上散布的像素更少。

严格说来，并不是使它变得更好的是传感器尺寸，而是像素尺寸。

当光子（光）撞击表面时，较大的像素具有更大的表面积来捕获光并从电子释放中积累更高的电压。因此，与较高的电压相比，大部分是随机的固有噪声相对较低，从而增加了信噪比（S / N）。

您缺少的隐含数据是较大的传感器往往具有较大的像素。只需将全帧12 MP D3S与裁剪后的12 MP D300S进行比较即可。每个像素的表面积增加2.25倍，这就是D3S具有如此出色的高ISO性能的原因。

编辑（2015-11-24）：

对于不信任匿名下流投票者的人，有一个更新更好的示例。索尼拥有两个几乎完全相同的全画幅相机，即A7S II和A7R II。它们的传感器尺寸相同，但前者具有12 MP的分辨率，而后者则为42 MP。A7S II的低光性能和ISO范围远远超过A7R II，达到ISO 409,600和102,400。仅对于具有较大像素的像素，这是两个档位的差异。

单个像素的大小几乎无关紧要。那是城市传奇！

给定两个具有相同传感器但大小相同但像素数不同（例如2MP和8MP）的相同相机，因此像素大小也不同。到达传感器的光量取决于透镜的直径，而不取决于像素尺寸。毫无疑问，8MP图像将比2MP图像更嘈杂，但是如果将8MP缩小到2MP，您将获得几乎相同的图像-噪声水平几乎相同。那是简单的数学。我之所以这样说，几乎是因为传感器逻辑要花大价钱。由于8MP传感器的逻辑是2MP的4倍，因此净光敏传感器面积将减少。但是，这不会花费您一站式服务（= 50％），也许会花费一点，但不会那么多！

真正与众不同的是镜片。如果您拍摄图片，则不会对指标感兴趣-传感器大小，像素大小或焦距都不会。您想从给定的距离上捕捉一张脸，一群人，一栋建筑物或其他东西。您感兴趣的是视角。您的焦距将取决于传感器的大小和视角。如果您的传感器很小，那么焦距也很小（比如说几毫米）。焦距很小的镜头永远不会捕获很多光，因为它的直径会受到限制。较大的传感器将需要较大的焦距，具有相同速度的镜头将具有较大的直径，因此会捕获更多的光。

除打印海报外，谁需要10MP或更多？按比例缩小到几MP，所有图片看起来都不错。传感器的尺寸不会直接限制您的图像质量，但镜头会。尽管镜头的尺寸通常取决于传感器的尺寸（一定不要）。但是我见过带有小型传感器和许多MP的相机，但镜头却很棒（例如直径大于2cm），可以拍摄出精美的照片。

我前一段时间写了一篇文章。它是德语的，我没有时间将其翻译成英语-对此感到抱歉。它更加冗长，并解释了一些问题（尤其是噪声问题）。

单个像素的大小并不重要。几个小像素可以在数学上组合为一个大像素，从而交换细节以提高灵敏度。

对于给定的视角，大型传感器摄像机比小型传感器摄像机具有更长的焦距镜头。对于给定的光圈，该较长的镜头具有较大的物理光圈（在光圈中开口）。这导致更多的光进入系统，并导致更好的低光性能。它还说明了较浅的景深。

数字传感器的表面被光敏材料覆盖。这些记录了镜头投射的外界图像。在曝光期间，光子形式的成像射线轰击传感器表面。光子命中与场景亮度成正比。换句话说，接收对应于场景的明亮区域的光子命中的光站点，比对应于昏暗图像区域的光站点，能接收更多的光子命中。曝光完成后，光点包含的电荷与场景亮度成正比。然而，所有光点中的电荷度太弱，除非放大，否则无用。图像形成过程的下一步是放大电荷。

放大就像调高收音机或电视的音量一样。放大会增强图像信号的强度，但也会引起静态形式的失真。在数字成像中，我们不会将这种失真称为静态。我们称之为“噪音”。所产生的噪声实际上称为固定模式噪声。这是因为每个光斑具有略微不同的特征。换句话说，它们各自对放大的反应不同。结果是，一些光子命中率很少的光站点在应将其图像显示为深灰色或灰色时将图像显示为黑色。这是固定模式噪声。我们通过不提高放大倍率（使ISO保持较低）和相机中的软件来缓解这种情况。

由于固定的图案噪声通常是由于高放大倍数引起的，因此可以说，在任何给定的光地点处，更多的光子命中会产生更高的电荷，而所需的放大倍数更少。最重要的是，较大的成像芯片具有较大的表面积，而具有较大的光斑，因此在曝光期间会产生更多的光子撞击。更高的点击次数意味着更少的放大；从而减少了由于固定图案噪声引起的失真。

在光线不足的情况下，较大的传感器通常在拍摄图像时会稍差一些。通常，较大的镜头可用于较大的传感器，如果您不介意减小景深，则较大的镜头通常在弱光下效果更好。

互联网上有很多人声称传感器收集的光量与传感器的尺寸成正比。这是不正确的。给定镜头的相同视角，无论传感器的尺寸如何，都将有相同数量的光投射到传感器上。如果全帧传感器和MFT传感器具有相同数量的像素元素，则每个元素将检测到相同数量的光，而不管其大小如何。想想看：在玻璃圆环后面的阳光下放一张纸，什么也没发生。用直径与上述玻璃圆直径相同的放大镜将光集中到该纸的一小块区域上，由于聚焦区域的能量密度大得多，所以纸会变热。图像传感器也是如此。小传感器=比大传感器更高的能量密度=两个传感器上每单位面积的能量相同。较小的传感器上产生较大噪声的原因还在于其他地方。也许在紧密堆积的图像传感元件之间的射频干扰中。