Magic Lantern - ekstra dynamikk!

[xRun]

Jeg har oppfattet det slik at sensoren primes forskjellig ved forskjellige ISO-innstillinger, derfor gir ikke et bilde med presset lav iso samme resultat som om bildet opprinnelig blir tatt med en høyere ISO.

Den ene ISO'en gir en god gjengivelse av detaljer innen et lysstyrkeområde, mens den andre gir tilsvarende gjengivelse av detaljer innen et annet lysstyrkeområde.

Ved å kjøre to forskjellige følsomheter (prime på 2 forskjellige måter) fordelt på annenhver linje, får en gjengitt detaljer i et større kombinert lysstyrkeområde, men metoden gir litt redusert oppløsning. Ved nærmere ettertanke tipper jeg reduksjonen i oppløsning med denne metoden er større på stills enn på video, fordi video samples ned til HD som er en lavere oppløsning uansett.

[ATWindsor]

Når man øker ISO innen kalibrert ISO, så øker man også (såvidt jeg forstår) også spenningen på sensoren - øker spenningen på senslene i det de skal måle lyset - og hvis man gjør dette på en eksponering tilpasset lavere ISO - så brenner man ut det lyse i bildet.

Ved å øke ISO endrer man ikke bare hvordan man leser ut data fra sensoren - man endrer også hvordan sensoren fanger lyset.

 

Så du mener at selve fotodetektoren på CMOS-brikken endrer karakteristikk når du endrer ISOen? Er det noe du tror eller noe du vet?

 

AtW

[Trondster]

Så du mener at selve fotodetektoren på CMOS-brikken endrer karakteristikk når du endrer ISOen? Er det noe du tror eller noe du vet?

Var i gang med å skrive en lengre "Edit: "-tilføyelse til posten min over, men så skrev du dette i mellomtiden, så da svarer jeg heller her:

 

Edit: Men igjen - jeg skal ikke være for bombastisk og skråsikker her - dette er hva jeg tror.

 

Man ser fra DxOmarks målinger at Nikons (Sonys?) sensor i D7100 har 13 trinn dynamikk på ISO 100. Hvis man øker ISO til høyeste kalibrerte ISO, ISO 25600, som er åtte trinn over, så har man bare seks blendertrinn dynamikk - og 6+8 er ikke mye mer enn 13.

 

Klart er det i alle fall for undertegnede at Canon i teorien burde kunne få sine sensorer til å yte bedre dynamikk på lav ISO - det klarer nemlig konkurrentene.

[ATWindsor]

Hmm, må prøve å finne litt mer ut av dette. Se om jeg blir noe klokere.

 

AtW

[Trondster]

Hmm, må prøve å finne litt mer ut av dette. Se om jeg blir noe klokere.

Ser ut til at ML's hack er boosting av ISO i det signalet leses av chip'en. http://www.canonrumors.com/2013/07/magic-lantern-improves-5d-mark-iii-dynamic-range-to-14-stops/

 

Grunnen til at det bare virker på 7D og 5DmkIII er at de to husene har to sett chips (DIGIC?) som leser annenhver linje fra sensoren for økt hastighet. Og - så kan man sette forskjellig ISO på de to chip'ene! Canon setter selv alltid samme ISO gain på de to, men Magic Lantern-gutta har kommet rundt dette.

 

Og ja - så virker det definitivt som om Canon burde kunne forbedre måten sin å lese av sensoren på - når den samme sensoren med de samme innstillingene kan gi ut mer dynamikk ved å endre innstillingene på DIGIC-chip'en.

[se#]

Og ja - så virker det definitivt som om Canon burde kunne forbedre måten sin å lese av sensoren på - når den samme sensoren med de samme innstillingene kan gi ut mer dynamikk ved å endre innstillingene på DIGIC-chip'en.

Det står jo godt forklart i dokumentet hvordan utlesningen gjøres med to og to linjer med hver sin ISO via to verdier i de to registrene, men den økede dynamikken går på bekostning av oppløsning i både høylys (hvor ISO 1600 er utbrent) og skygger (hvor ISO 100 mangler detaljer). I mellomområdene har de signal fra begge og kan beholde "reell" oppløsning (muligens med litt mer støy fra ISO 1600-linjene). Så økningen i dynamikk er ikke uten en kostnad og RAW-filene som kommer ut er ikke supportert i noe komersielt verktøy uten en preprosessering (som jeg antar ikke gjøres i kameraet) så det er ikke helt rett frem for Canon å innføre en slik funksjon for vanlige brukere.

 

Dette er litt som Fujis EXR-senorer hvor Fuji også kan gi høy oppløsning eller bedre dynamikk, men Fuji gjør ikke noe forsøk på å få til begge på en gang.

 

Uansett veldig imponert over det Magic Lantern får til, uten skikkelig dokumentasjon av hardwaren de tweaker.

[Nautica]

Og ja - så virker det definitivt som om Canon burde kunne forbedre måten sin å lese av sensoren på - når den samme sensoren med de samme innstillingene kan gi ut mer dynamikk ved å endre innstillingene på DIGIC-chip'en.

 

If you can't beat them, join them.

 

Skal bli interessant og se hvordan Canon på sikt stiller seg til ML, enten må de overse dem eller saksøke de, det mest fornuftige hadde nok vært og kjøpt opp/samarbeide med ML.

[H_Treider]

Hmm, må prøve å finne litt mer ut av dette. Se om jeg blir noe klokere.

 

AtW

 

Slik jeg har fått det for meg er følgende: Etter avlesning på valgt ISO, så legger Canons dårlige "sensor-arkitektur" noe støy på bildet før det lagres som rådata. Denne støyen er like stor der det har vært mye lys og lite lys. Signal-støy-forholdet er derfor fremdeles veldig bra i høylys/midtoner der det innfangede lyset langt overgår støyen i styrke, men i skyggeområder blir denne støyen faktisk etter hvert så gjeldene at den reduserer dynamikken til de 11 trinnene vi har vært vant til fra Canon.

 

Så kommer poenget, hvis kamera bruker to ISO-verdier før støyen tilkommer, får vi utnyttet potensialet i bildebrikka som "arkitekturen" effektivt kveler ved bruk av kun en ISO-verdi.

 

Er jeg inne på noe?

[ATWindsor]

Slik jeg har fått det for meg er følgende: Etter avlesning på valgt ISO, så legger Canons dårlige "sensor-arkitektur" noe støy på bildet før det lagres som rådata. Denne støyen er like stor der det har vært mye lys og lite lys. Signal-støy-forholdet er derfor fremdeles veldig bra i høylys/midtoner der det innfangede lyset langt overgår støyen i styrke, men i skyggeområder blir denne støyen faktisk etter hvert så gjeldene at den reduserer dynamikken til de 11 trinnene vi har vært vant til fra Canon.

 

Så kommer poenget, hvis kamera bruker to ISO-verdier før støyen tilkommer, får vi utnyttet potensialet i bildebrikka som "arkitekturen" effektivt kveler ved bruk av kun en ISO-verdi.

 

Er jeg inne på noe?

Kanskje, men det er jo isåfall en tåpelig design, da de bare kunne forsterket opp signalet før denne støyen blir lagt til.

 

AtW

 

Ser ut til at ML's hack er boosting av ISO i det signalet leses av chip'en. http://www.canonrumo...ge-to-14-stops/

 

Grunnen til at det bare virker på 7D og 5DmkIII er at de to husene har to sett chips (DIGIC?) som leser annenhver linje fra sensoren for økt hastighet. Og - så kan man sette forskjellig ISO på de to chip'ene! Canon setter selv alltid samme ISO gain på de to, men Magic Lantern-gutta har kommet rundt dette.

 

Og ja - så virker det definitivt som om Canon burde kunne forbedre måten sin å lese av sensoren på - når den samme sensoren med de samme innstillingene kan gi ut mer dynamikk ved å endre innstillingene på DIGIC-chip'en.

 

Joa, men at de har to sett chips endrer ikke den underliggende problemstillingen sånn jeg ser det.

 

AtW

[H_Treider]

Kanskje, men det er jo isåfall en tåpelig design, da de bare kunne forsterket opp signalet før denne støyen blir lagt til.

 

AtW

Nei, fordi denne forsterkningen ER ISO, så hvis du øker forsterkningen, så klipper høylysene, ettersom man ikke kan velge å "bare forsterke" skyggeområder. Tåpelig design indeed, når såå mange andre får det bedre til...

[ATWindsor]

Nei, fordi denne forsterkningen ER ISO, så hvis du øker forsterkningen, så klipper høylysene, ettersom man ikke kan velge å "bare forsterke" skyggeområder. Tåpelig design indeed, når såå mange andre får det bedre til...

 

Det er jo ingenting teknisk som tilsier at en ren forsterkning må føre til klipping, så hvofor er det ikke en tåpelig design?

 

AtW

[H_Treider]

Det er jo ingenting teknisk som tilsier at en ren forsterkning må føre til klipping, så hvofor er det ikke en tåpelig design?

 

AtW

Les igjen, jeg sier jo "tåpelig design indeed"... Er mao. helt enig i at det må forbedres

[arthon]

Det er jo ingenting teknisk som tilsier at en ren forsterkning må føre til klipping, så hvofor er det ikke en tåpelig design?

 

AtW

Forsterkning av ISO fører til klipping i alle sensor design i forhold til den lysmengden du gir sensor med blender åpning og lukkertid.

Det finnes bare to valg i sensor design.

 

Designe en sensor med maksimum Brukbart dynamisk område = Sensoren har i utgangspunktet større mekanisk dynamisk område, men bare et visst område vil gi Brukbar bilde kvalitet.

Dette er det designe som brukes på de aller fleste sensorer i dag.

 

Designe en ny type sensor som har enda større Brukbar dynamisk område = nye sensorer som det nå etterhvert er mulig å få til med ny sensor teknologi.

 

Eksempler fra RED, som hele tiden presser sensor design til maksimum.

 

MYSTERIUM-X™-Sensor; 3-4 år gammel med HDRx Firmware;> Tar en normal lesing av sensor > A kanal.

Tar så en ny lesing av deler av sensor i valgfritt område (høylys eller skygge) > B kanal.

Husk dette skjer ved 24 bilder i sekundet.

Disse to kanalene (A+B) kan mikses under etterarbeidet. Egner seg ikke for motiver i sterk bevegelse siden det vil være millisekunder forsinkelse på sensor lesning Nr. 2.

Normal lesning av sensor gir 13.5 blendere DR. Dobbel lesning (HDRx) gir 18 blendere DR.

 

ML's Canon hack gjør disse to lesningene samtidig med hver sin separate prosessor chip, men med redusert bilde kvalitet.

 

Nye RED Dragon sensor: Første sort/hvitt lesning viste et mekanisk dynamisk område var 20+ blendere DR.

Med Bayer filter og OLPF vil sensoren gi 16+ blendere med brukbar støyfri lesning i området ISO 200 til ISO 2000.

 

For å konkludere litt; En sensors mekaniske DR er større enn den brukbare DR hvis man skal legge maksimum bildekvalitet til grunn.

 

Sensoren som er satt i 70D har todelte Photosites. Den en delen brukes for bilde informasjon, den andre for fokus informasjon, spesielt for video.

Her har Canon muligheten (hvis de ønsker) hvis man velger bort autofokus under opptak å lese begge photosite delene for bildeinformasjon med to forskjellige ISO verdier og dermed utvidet DR.

 

Dette vil mest sannsynlig komme i en senere og først i en dyrere kamera modell fra Canon.

 

En annen grunn til at Canon (og alle de andre) ikke presser ut alt de kan av en ny sensor fra starten er at de dermed kan resirkulere sensoren år etter år i nye kamera modeller med litt "nytt" hver gang.

Dermed sparer de masse penger i R&D og ikke risikerer at de et år blir stående uten noe "nytt å vise til" fordi de har "truffet veggen" i teknisk utvikling.

 

Canon har vist både 50MP sensor i 2007 og 120MP sensor i 2011. Har vi sett dem i noe produkt?

Hva kamera produsenter kan produsere og hva de er villig til å selge oss er to forskjellige ting.

 

 

Illustrerende problem med ML hack; Mer Moire og andre artefacts.

http://vimeo.com/70459941#at=0

Endret 17. juli 2013 av arthon

[tomsi42]

Sensoren som er satt i 70D har todelte Photosites. Den en delen brukes for bilde informasjon, den andre for fokus informasjon, spesielt for video.

Det er faktisk feil, det du sier her. De to photositene leses hver for seg ved fokusering; men begge brukes når bildet blir tatt.

[arthon]

Det er faktisk feil, det du sier her. De to photositene leses hver for seg ved fokusering; men begge brukes når bildet blir tatt.

Ikke slik jeg har forstått det. Og jeg sikter spesielt til det mer kompliserte kontinuerlig autofokus under video opptak. Hvis all informasjon for den ene delen av hver photosite kan brukes til bilde informasjon uten at den ene delens signal blir forringet betyr det at sensoren i 70D har 40MP.

I følge Canon har den ikke det pga. de to delene brukes til hver sin oppgave.

 

Hvis det ikke er slik jeg har forstått det ville det heller ikke være noen grunn til å designe en sensor med delte photosites. Da kunne de bare brukt samme signalet fra hver photosite til to oppgaver. Det er ikke mulig fordi den ene delen, fokus delen, "stjeler strøm" fra sensor.

Endret 17. juli 2013 av arthon

[tomsi42]

Ikke slik jeg har forstått det. Og jeg nevnte spesielt autofokus under video opptak. Hvis all informasjon for den ene delen av hver photosite kan brukes til bilde informasjon uten at den ene delens signal blir forringet betyr det at sensoren i 70D har 40MP.

I følge Canon har den ikke det pga. de to delene brukes ti hver sin oppgave.

Hvis det ikke er slik jeg har forstått det ville det heller ikke være noen grunn til å designe en sensor med delte photosites. Da kunne de bare brukt samme signalet fra hver photosite til to oppgaver. Det er ikke mulig fordi den ene delen, fokus delen, "stjeler strøm" fra sensor.

Grunnen til at photo-sitene er delt, er for å få til PDAF. Når bildet tas, så slås de to photositene sammen. Husk at fokus steget skjer først, så tas bildet.

 

Om det også gjøres i video modus, det er jeg usikker på. Men da brukes ikke alle bildelinjene, slik at Canon kan bruke de ledige linjene til fokus og de andre til bilde.

[arthon]

Grunnen til at photo-sitene er delt, er for å få til PDAF. Når bildet tas, så slås de to photositene sammen. Husk at fokus steget skjer først, så tas bildet.

 

Om det også gjøres i video modus, det er jeg usikker på. Men da brukes ikke alle bildelinjene, slik at Canon kan bruke de ledige linjene til fokus og de andre til bilde.

Du har rett. Leste meg fort opp på dette. De bruker de to halvdelene til å kalkulere fokus distanse, samtidig blir informasjonen fra de to delene brukt kombinert til å skape bildet.

http://www.dpreview.com/previews/canon-eos-70d/3

 

Der brast min drøm om at denne sensoren senere kunne brukes for utvidet DR.

Endret 17. juli 2013 av arthon

[kyrsjo]

Så du mener at selve fotodetektoren på CMOS-brikken endrer karakteristikk når du endrer ISOen? Er det noe du tror eller noe du vet?

 

AtW

 

Ikke nødvendigvis selve fotodetektoren, men systemet fotodetektor + forforsterker.

 

Enkelt sett så er selve fotodetektoren (en pixel) en diode, på samme måte som en solcelle (eller tracking-sensor for høyenergifysikk, noe jeg skrev master'n på. Disse skal dog overleve et strålinghelvete som ville drept et menneske på få minutter, så det er mulig jeg er litt off på sensitivitetstall etc., men den grunnleggende teorien skal være korrekt.).

 

Denne dioden er enten ikke spenningssatt, eller spenningssatt i "lukkeretningen" (noe som øker sensitiviteten). Inni dioden er det (minst) to lag med materiale - N-dopet silisium og P-dopet silisium. Når disse føres sammen, så får man et område med overskudd av elektroner (ledende), et område med balanse mellom elektroner og "plasser de kan være" (isolerende), og ett område med underskudd av elektroner (ledende). Økning av spenningen øker volumet av den isolerende biten, og minker volumet av de ledende bitene. Inne i det isolerende området så er det også et elektrisk felt - dette vil (opp til en viss grense) være konstant når man øker spenningen.

 

Når det isolerende området blir truffet av et foton (eller en annen ionsierende partikkel), så sparkes et elektron løs fra plassen sin. Dermed får man et elektron som blir "feid av gårde" av det elektriske feltet, og samtidig vil elektroner flytte på seg for å "fylle igjen" plassen det var på (noe som ser ut som en positiv ladning, et "hull", som beveger seg i motsatt retning. Etterhvert som disse to ladningene nærmer seg de ledende områdene, så vil man se en bitteliten strøm-puls i kretsen som forbinder de to ledende områdene.

 

Det minste mengden lys en sensor kan måle er dermed *ett enkelt foton*, og sannsynligheten for at fotonet blir målt kalles kvante-effektiviteten (QE) til sensoren. I praksis trenger kamerasensorer mer en enkelt strøm-blipp (ett elektron+ett hull) for å kunne måle lys.

 

Den nevnte strøm-blippen, eller rettere sagt summen av blipper fra noen tusen elektroner, blir så forsterket opp av en forforsterkerkrets. Denne leverer så en langt større blipp (eller en spenning) til en ADC - en analog->digital converter, som er en dings som tar en analog spenning, og gir en bitsekvens ut hvor "0000" betyr mindre enn minste målbare spenning, "0001" er minste målbare spenning, "0010" neste trinn osv. Digitalkameraer i dag vil jeg tippe har typisk 12- eller 14-bits ADC'er. CMOS og CCD-sensorer skiller på hvordan signalet blir flyttet fra sensor -> forforsterker -> ADC.

 

Når man regulerer ISO, så er det i prinsippet to ting man har å spille på: Forforsterkerens "gain", dvs. hvor mye den skal forsterke opp signalet fra sensoren, og spenningen man setter på sensoren, dvs. volumet aktivt materiale og til en viss grad "transportfeltet" inni dette. Begge deler er en avveidning mellom støy og nøyaktighet, samt at man ønsker å unngå at forforsterkeren/ADC'en går i mettning (overeksponerer). Hvilken metode (eller en kombinasjon) som blir valgt vil jeg tro varierer mellom ulike sensorsystemer.

 

Ved lav ISO velger man lav sensitivitet - lite forsterkning - og hvert "bit-trinn" tilsvarer dermed flere fotoner enn ved høy sensitivitet. I tillegg til denne "analoge" justeringen av ISO, så har vistnok en del kameraer en digital justering for å kunne gi flere mellomtrinn - dette tilsvarer å gange eller dele tallet som kommer ut fra ADC med en-eller-annen konstant (noe som kan implementeres med en "bitshift", som noen nevnte over, dersom denne konstanten er et 2^n). Gange-med-konstant-metoden er at den effektivt reduserer dynamic range, da den nuller ut noen av bit'ene som kommer ut fra ADC. Man får bare håpe at dette kun gjelder jpeg og ikke raw...

[ATWindsor]

Jo, men dette forsvarer jo ikke den øke dynamiske rekkevidden, ihvertfall ikke ADC-delen alene, det er jo ikke noe værre enn å ha en ADC med 1. Høy nok bitdybde til at den skiller mellom alle nivå. 2. Faktisk ikke klipper når signalet er forsterket opp. Det er det jeg ikke skjønner, om man må forsterkerke opp mer med iso1600 (noe jeg regner med man man må) OG dette gir bedre detaljer i skyggene, hvorfor forsterker man ikke bare opp mer i forforsterkeren på iso 100 også, og kobler dette til en ADC som ikke klipper ved maks spenning når det er forsterket opp? Virker jo ikke som rocket science på meg?

 

AtW

[arthon]

Jo, men dette forsvarer jo ikke den øke dynamiske rekkevidden, ihvertfall ikke ADC-delen alene, det er jo ikke noe værre enn å ha en ADC med 1. Høy nok bitdybde til at den skiller mellom alle nivå. 2. Faktisk ikke klipper når signalet er forsterket opp. Det er det jeg ikke skjønner, om man må forsterkerke opp mer med iso1600 (noe jeg regner med man man må) OG dette gir bedre detaljer i skyggene, hvorfor forsterker man ikke bare opp mer i forforsterkeren på iso 100 også, og kobler dette til en ADC som ikke klipper ved maks spenning når det er forsterket opp? Virker jo ikke som rocket science på meg?

 

AtW

Du glemmer en vesentlig del; Hvor mye eller lite lys gir du sensoren gjennom blender og lukker innstilling.

Hvis du gir sensor lite lys så klipper ikke sensorens øvre område.

Hvis du gir sensoren masse lys så vil øvre område klippe, mens lave område (skygger) blir eksponert riktig.

Du kan ikke gi sensoren både mye og lite lys samtidig.

Derfor kan du heller ikke forsterke de mørke områdene fordi de sensoren ikke har fått nok lys samtidig som de lyseste områdene ikke klipper.

Du kan ikke forsterke i den ene enden samtidig som du demper den andre enden mer enn det du kan gjøre gjennom etterbehandling ved bruk av Shadow/Highlight verktøy.