这应该会是我最后一次专门说这个话题，此前其实在不同文章里提到过，依然还是有许多人在评论里不断地提到低像素密度机型的高ISO性能优势，也有朋友提出过1个像素的小画幅信噪比可以胜出数千万像素的全画幅，其实这句话严格来说其实没错——信号电压和噪声电压的比值很大程度取决于系统的复杂程度，系统越简单，信噪比越容易做高。但完全忽略硬件和应用谈对比就是耍流氓，1个864mm^2的巨大型像素（无论3T、4T还是更多）以当前的数字电路技术反倒很难造出来，半导体技术的进步注定了单个像素越做越小，相同面积下的像素密度增加是自然而然的结果，1020万像素的GH5S折算为全画幅也有4080万了，而且1个像素你能拍啥？

信噪比是衡量画面质量的关键因素之一没错，但高画质不仅仅只是看信噪比一个因素，随便举个例子，50mm F1.8在弱光下因为通光量大，可以开低ISO，所以信噪比高，但它的锐度、焦外素质、像差控制甚至对焦速度精度真的能跟24-70mm F2.8比么？因此，谈论像素与噪点的关系，最终就不得不涉及到具体机型上来。

如标题所示，我今天拿出的两款对标机身是佳能的速度旗舰1DX2，应该可以说是佳能当下弱光性能最强的代表机型了，而它的总像素是2020万。另一边则是索尼的高像素旗舰A7R3，4240万像素，以相同分辨率打印，A7R3的印制面积是1DX2的2.1倍，以相同面积打印，A7R3的分辨率可以设置为1DX2的2.1倍左右，比如1DX2是300dpi，A7R3就能600dpi左右，这是高像素的先天优势，而且我在此前“像素无用？关于CMOS分辨率上限的探讨”一文中也做过探讨，当下的全画幅传感器远远没有达到像素密度的技术上限，现在哪怕手机端的1/1.7英寸4000万像素传感器，100%放大也依然可以有不少的细节，更遑论单位像素密度明显更低的全画幅机型。

不过理论归理论，很多爱抬杠的也不一定买账，实际的图像处理干扰项也非常多，不同品牌的细节思路还很不一样，但最终呈现的结果应该符合理论预期。在正式对比开始前和对比过程中，也会穿插一些技术背景解读，可能会带公式，请带着跳跃性思维阅读。

首先，数字传感器中的噪声有哪些？分别源自什么阶段？对于当下主流的列并行结构传感器来说，每一个环节都会引入噪声，像素层有复位管噪声、像素固定模式噪声、暗电流、散粒噪声、非均匀性响应；接下来的列放大器会引入热噪声、闪烁噪声、列固定模式噪声、行随机噪声；再接下来的列ADC会有热噪声、闪烁噪声、列固定模式噪声、行随机噪声和量化噪声；最后的列读出有数字读出噪声……项目繁多，但按分类来算，系统噪声可以基本表达为：

硬件设计上可以通过低噪声的带隙基准源、参考电压、列放大器、低压降线性稳压电路等等实现降噪，也能通过ISP的算法解决。对于1DX2和A7R3来说，因为都是内置列并行ADC的结构，所以它俩面对情况是一致的。

那么，弱光下，什么最影响成像结果？答案是散粒噪声，如果仔细看了前面的噪声结构解析不难发现，散粒噪声位于像素层级，它是半导体中的载流子离散形成，表现为可观测到的带点粒子统计涨落，它产生于传感器的随机热激发（比如暗电流），和光子在传感器表面随机入射产生的光电子，就呈现方式来说服从泊松分布，有如下公式：

根号里的前半部分就是随机热激发导致的电噪声，在大多数日常拍摄时基本可以忽略不计（但对于监控安防等特殊应用的领域就很有研究必要），摄影成像领域往往在计算散粒噪声时会直接算后半部分，也不难看出是整块传感器在曝光时间内的实用通光量，就是以前我说过的：信号值10000，散粒噪声就是它开方后的100，信噪比也是100。

当传感器通光量低、射入光子数量少、散粒噪声低但信噪比也低，此时因为电荷阱两端电压太低无法正常曝光，需要通过列放大器对电荷阱内进行加压放大，表现在参数上就是增加ISO。而此时的散粒噪声就随放大器倍率增大而增大，所以画面噪点增多。

换句话说就是：在不改变光电二极管基本结构的情况下，高ISO随便什么机器都会有明显噪点，很多时候你看不到噪点是因为JPG输出时机内降噪所致，但这个降噪的算法各家方案均不相同。这里我就极端一点，对比1DX2和A7R3在ISO 102400下，同一张照片RAW和机内标准降噪后JPG有多大差距。

以上为全尺寸照片截图，全文曝光参数在没有特别说明的情况下，均为1/30秒，F5.6，手动对焦区域放大确认。在这种极弱光下，1DX2需要打开实时取景用全像素双核来对焦，在机身没有辅助对焦灯的情况下还能准确合焦，这一点确实厉害。而片上相位差+反差辅助+内置对焦灯，A7R3也能快速完成对焦。而首先第一组，1DX2打开机内高ISO降噪后，RAW与JPG对比：

记住：这是同一张照片RAW+JPG保存的效果，可以看到左侧RAW的细节明显更丰富，文字还可以识别，但噪点也是升天，还呈紫色状。右侧则是机内降噪后的JPG直出，噪点明显少了许多，但细节也明显涂抹了许多，不过千万记得这可是ISO 102400（1DX2的原生ISO最高51200，102400相当于H1扩展），所以你知道这拍摄环境有多黑暗了吧。

然后是1DX2关闭机内降噪后的RAW+JPG：

组对比同样很明显，即便关掉了机内降噪，RAW里呈紫色的噪点在JPG里也依然消失了，但文字部分出现了一些偏色（原色为个黑色），这是ISP处理的问题，但没有出现彩色噪点。同时可以看到JPG的细节保留更出色，噪点也远多于开启机内降噪时，正好体现了我在多篇降噪技术文章里说过的道理：降噪大多数情况下就是信噪比与锐度的互换博弈。

那么，A7R3的情况会是如何呢？先看打开机内降噪的效果：

可以看到JPG的机内涂抹同样比较严重，但相较1DX2要稍好一点。A7R3的ISO 102400也是扩展ISO，但是扩展倍率最高，原生最高ISO仅32000,。扩展ISO在整个图像处理流水线里属于最后模数转换后的操作，倍率越大越吃亏（因为放大器没有这个倍率，纯靠后端硬拉，就跟在PS里强拉暗部一样）。但即便如此，与1DX2在相同情况下的对比不难看出，A7R3的噪点并没有更多。

那么关闭机内降噪后，A7R3的表现是这样的：

你没看错，我左右也没放反，这也确实就是关闭降噪后的RAW+JPG，正如我前一段所说，因为A7R3的ISO 102400是高倍扩展放大，所以当没有降噪的情况下以14bit RAW转8bit JPG，就出现了明显的彩色噪点（注意看“Super、Face”字样的颜色）。

但如果是在PS或LR里不作任何调整直接转JPG，就可以避免这个问题，也就是这口锅得扣到机内ISP的脑袋上，因为我今天比的也正是机内性能，所以这一点A7R3还是惜败。

然后再看看ISO 102400下的RAW暗部对比吧：

可以看到左边的A7R3与右边的1DX2在暗部噪点上半斤八两，很难看出差别，1DX2在这个部分赢就赢在原生ISO更高、直出效率高，考虑到各家的速度旗舰都主要应用于 “拍到比拍好更重要”的新闻领域，高ISO对保证快门速度非常重要，一点点涂抹对于该领域而言不算什么大问题。而A7R3在RAW域虽然并不输，但转换到JPG就相对更容易出问题，所以极限高感光度下，1DX2胜出。

但请谨记：为速度而生的旗舰机阱容相对都不大，原生基准ISO值高，相同的实用ISO只需低倍放大就能获得，所以前端噪声在高感下的优势是先天的，可即便如此，在RAW下查看时也不难发现其实差别没有想象中大。

极限高感的部分是为了找到上限的差距，但对很多人来说，实用高感的对比才是最关键的，在这个项目里我选择的的是ISO 25600，下面是全尺寸示意以及RAW对比，A7R3缩图到与1DX2相同的分辨率，大家猜猜谁是谁拍的？

无论相对亮部还是暗部，是不是除了色温有些区别，别的很难看出不同，噪点表现也基本接近？答案是A7R3在左，1DX2在右，所以在这里不难得出一个简单的结论：哪怕是ISO 25600，相同输出尺寸下RAW的区别几乎没有，真正的应用分支是一个求高连拍速度和机身全面性，一个可更大尺寸的输出，而且A7R3的速度也来到了“丧心病狂”的10fps，这可是以前只有速度机才能达到的水平。

那JPG呢？还是ISO 25600，打开机内高感降噪：

放大看左边的A7R3噪点更多，其中还有不少彩色噪点，但细节更好锐度更高，这里就有缩图的功劳，而右边的1DX2与之相反，噪点少但涂抹更多一点，体现只是ISP调校策略的不同，因此这个项目没有绝对的胜负。

这个部分用ISO 6400来结束，事实上A7R3缩图到与1DX2相同尺寸时，在RAW里可以看到锐度依然是胜出的，这就是高像素的优势，拍摄光圈F8，快门1/30秒。下图为原始大小，和中间包装盒部分的截图（第一张A7R3，第二张1DX2）对比：

能点开原图就看原图，无法点开的话下图就是上图白框处的放大：

这应该比较明显了吧，第一张的A7R3能够更清晰地辨明文字，而1DX2则要辛苦许多，哪怕是在理论上它应该更擅长的ISO 6400。

第三个部分说说底噪。回头看看噪声结构不难发现，放大器及其之前有一大堆噪声会跟随它一起被放大，其中就包含了不少背景噪声和模式噪声，而今天我们讲的主要是零输入时，传感器自带的热噪声、闪烁噪声、模拟信号传输中代入的噪声等等，当然也可以看看固定模式噪声（比如色彩偏色），这些都是不同传感器在设计时可能会带来的问题。

对于A7R3和1DX2，发热都是一件不容易处理好的事情，A7R3是CMOS悬浮的五轴散热结构，通过下图不难看出，CMOS在机身内是可以活动的，第一张为初始状态，第二张是向左下角移动后，注意对比两图红框表示：

换言之它主要靠空气导热，显然不是什么高效率的方案，而1DX2虽然没有公开制程，但都用上一根热管来专门给传感器散热了，高功耗高发热让它的实时取景续航甚至只有240来张，而它使用的可是堪比一些轻薄笔记本的30Wh电池！根据热噪声的公式：

K为玻尔兹曼常数，T为绝对温度，R为电阻值，B是噪声等效带宽，C是电容值，可以很明显的看到，在一块固定设计的传感器上，T是唯一的环境变量，换言之T越高，热噪声电压越高，而且恰恰这就是A7R3和1DX2不擅长应对的。测试选取ISO 3200，F5.6和30秒作为曝光设置，这个ISO和快门速度是星空摄影主题会用到的设置，拍摄时盖上镜头盖，保证零输入。

关闭长时曝光降噪功能，关闭高ISO降噪，100%放大对比两者的RAW：

如果不看原图的话，可能你都看不出有啥区别，事实上左侧的A7R3隐隐约约带一点点零星的彩点，不过往往都有不好额事物暗藏在黑暗里，噪声也不例外，只需要在PS里加2档和3档曝光补偿，就能看到以下的对比：

比较明显可以看到，左侧的A7R3的噪声倾向是颗粒大，彩噪多，而且还偏色（出现偏色的ISO值相对更低，但极限ISO偏色程度较轻）。1DX2的零输入本底噪声颗粒很小，没有偏色，可以说高感光度下的佳能初代内置ADC机型在噪声抑制上做得相当不错（热管立功了！），所以底噪控制上，1DX2算是胜出。A7R3这块底在没有五轴的D850上应该要控制得更好一点，当然这只是理论，谁让我没有D850呢……

总结顺便提醒大家：别忘了我们的日常拍摄始终都是有信号输入的，热噪等问题在高感下被大量放大的前端噪声，以及ISP引入的噪声所掩盖，所以第二项测试才是最具实用性的。至此，可以得出我的最终结论，在实用高感光度（ISO 3200-25600）内，佳能1DX2和索尼A7R3以相同尺寸输出弱光拍摄照片时，RAW域的噪点表现各有倾向性：A7R3的倾向于低信噪比高锐度，1DX2则相反，输赢得结合具体拍摄主题来看，不能一概而论。而在102400这种极限高感下1DX2因原生ISO更高，JPG直出效果更好，所以相对更有优势，但在RAW域其实差别也不大，事实上与1DX2同等定位的D5、A9也都同样如此。

注意，本文只比较1DX2和A7R3的高感成像，也只讨论单次成像，多帧降噪（低噪声）或像素偏移（高锐度）不算在内，功能设计方面也不作过多比较，应用面有比较明显的差距，选择它们只是因为在低像素和高像素机型中比较有代表性，而且恰好我都有入手。简单来说本文只为证明一件事——同代次的传感器（有点笼统，但细节前提太多，不展开了），高感光度性能与像素密度没有直接联系，更高的像素密度可以通过缩图来补回信噪比，使其噪点表现与低像素密度传感器基本相当。