Hvorfor er ikke dynamisk ISO inkludert i auto?

[knutinh]

Jeg ser på ISO som en gain-kontroll, og ikke "virtuelt film-bytte", historieløs om jeg er :-)

 

Det jeg ikke forstår er hvorfor ikke dynamisk ISO er inkludert i alt av automatikk-settinger på kamera? Både lukkertid og blenderåpning er jo definitivt ledd i den subjektive/kunstneriske delen av å ta bilde, mens kanskje ISO i større grad er en ren teknisk tilpasning (man kan jo alltids tilsette støy i photoshop hvis man vil ha det...).

 

Et spørsmål som kanskje avslører min nybegynnerstatus: er ISO faktisk justering av analog forsterkning før A/D-konverter? Eller er det bare en digital prosessering av eksisterende sample? Jeg ville kanskje tro det første....

 

Hvis kameraet justerte ISO automatisk ut fra histogram og lysmåling så kunne jeg manuelt kontrollere lukkertid og/eller blender for å redusere støyen og med kjennskap til hva jeg ønsket å fange med knipset mitt...

 

mvh

Knut

[Flums]

Vet ikke hva slags kamera du har, selv har jeg et dSLR fra Sony, og den justerer ISO selv...

[Anew]

Det jeg ikke forstår er hvorfor ikke dynamisk ISO er inkludert i alt av automatikk-settinger på kamera? Både lukkertid og blenderåpning er jo definitivt ledd i den subjektive/kunstneriske delen av å ta bilde, mens kanskje ISO i større grad er en ren teknisk tilpasning (man kan jo alltids tilsette støy i photoshop hvis man vil ha det...).

7182003[/snapback]

 

Om jeg forstår deg riktig, så er jeg helt enig med deg, og det er vel faktisk slik flere kamera fungerer. Om man aktiviserer auto-ISO på en D70 (og flere andre Nikon, tror jeg), vil den også fungere slik du ønsker i manuell modus (til Ken Rockwells grenseløse irritasjon ). Problemet med dette er imidlertid at støyen fort blir ille, og ISO-verdien vises ikke i søkeren, slik at man mister kontrollen - det er grunnen til at jeg ikke bruker det. Nye Pentax K10D løser dette ved å la deg sette en øvre grense for ISO.

 

Desverre vet jeg ikke svaret på det konkrete spørsmålet ditt, men det virker logisk at forsterkingen gjøres på det analoge signalet.

[Kristallo]

Det er korrekt at det mest vanlige er å justere forsterkningen av det analoge signalet. AD9848 er en typisk A/D krets brukt i mange digitalkamera. Først er det en krets for justering av sortnivå, så kommer en variabel forsterker med forsterkning mellom 2 og 36 dB.

 

Det er ingen regel som sier at man ikke kan ha en fast forsterkning og en A/D krets med veldig høy oppløsning istedet og justere ISO 100% digitalt. Tradisjonelt har det vært for dyrt men er begynt å bli mer og mer vanlig i forskjellig utstyr.

Endret 3. januar 2007 av Kristallo

[knutinh]

Takk Kristallo og ANew.

 

Da vil det altså fungerer mer eller mindre som Automatic Gain Controll som ofte står på audio/mic-inngangen på en opptaker/video-kamera?

 

Kristallo:

Har du noen gode linker til signifikansen av shot-noise vs analog noise vs kvantiseringsstøy? Jeg har hørt at man i større og større grad er begrenset av foton-shot-noise pga stadig bedre sensorer?

 

Det ville i så fall bety at man er fundamentalt begrenset i dagens sensorteknologi, og er avhengig av å fange flere fotoner for å få forbedringer, enten vha lukkertid eller blenderåpning/pixelstørrelse?

 

mvh

Knut

[Kristallo]

Denne siden har noen meget gode analyser:

http://www.clarkvision.com/imagedetail/

[Gunderz]

Idag vil en økning av ISO-verdien bety økt forsterkning av signalet ut fra hver piksel. Det er derfor støyen også øker med høyere ISO. Det er ikke bare signalet som blir forsterket, men også støyen. En mindre sensor må forsterke signalet mer for å oppnå samme "lysfølsomhet" som en større sensor. Derfor sliter kompaktkameraer med mer støy.

 

Angående foton shot noise så kan en kanskje tro at mindre pikselareal vil forårsake at shot noise blir mer fremtredene og kanskje kommer på nivå med eller går over den termiske støyen som vi vanligvis ser på bilder. I følge teorien om shot-noise så er shot noise avhengig av strømmen av elektroner gjennom en diodeovergang, større strøm gir høyere shot noise. Foton shot noise er muligens det samme, bare med fotoner som treffer hver piksel og forårsaker en elektronstrøm. Ut fra dette vil shot noise fra hver piksel reduseres dersom arealet reduseres. Om den faktisk reduseres kommer også an på arbeidsbetingelsene for "detekteringselektronikken" rundt hvert element.

[knutinh]

I følge teorien om shot-noise så er shot noise avhengig av strømmen av elektroner gjennom en diodeovergang, større strøm gir høyere shot noise. Foton shot noise er muligens det samme, bare med fotoner som treffer hver piksel og forårsaker en elektronstrøm. Ut fra dette vil shot noise fra hver piksel reduseres dersom arealet reduseres. Om den faktisk reduseres kommer også an på arbeidsbetingelsene for "detekteringselektronikken" rundt hvert element.

7187465[/snapback]

Reduseres? Det jeg tenker på er kvantifiseringseffekten av at et endelig antall fotoner treffer en pixel innenfor et gitt tidsrom. Dersom en homogent belyst flate resulterer i at f.eks 12 fotoner treffer en pixel, så kan vi forvente at andre pixler treffes av f.eks 11 og 13, selv om de reflektive egenskapene til objektet man belyser er perfekt homogen. Dette er en slags støy.

 

Hvis jeg har forstått rett så _øker_ denne ved mindre pixel-areal, ved svakere belysning og kortere lukketid. For "dårlige" sensorer med mye analog støy vil den sannsynligvis være insignifikant fordi sensoren aldri greier å representere situasjoner hvor antallet fotoner blir lavt uansett.

 

-k

[Kristallo]

Den termiske støyen i en CCD-brikke kan være mye mindre enn 100 elektroner pr sekund pr piksel ved romtempratur. Det vil si at ved eksponeringstider man kan ha uten bruk av stativ så vil den være svært liten i forhold til kvantestøyen som oppstår på grunn av at man har et begrenset antall fotoner som treffer hver piksel.

 

Ved en eksponeringstid på 1/100 s så er det da snakk om en termisk støy på et elektron eller mindre, mens en piksel kan lagre rundt 50 000 elektroner ved maksimal eksponering og ha en kvantestøy på sqrt(50000) = 220 elektroner.

 

Det er mange kilder til støy i et digitalkamera av høy kvalitet men kvantestøyen er den viktigste enkeltkilden ved laveste ISO.

 

Denne artikkelen er ganske grundig:

http://www.clarkvision.com/imagedetail/doe...tter/index.html

Endret 31. oktober 2006 av Kristallo

[Gunderz]

Reduseres? Det jeg tenker på er kvantifiseringseffekten av at et endelig antall fotoner treffer en pixel innenfor et gitt tidsrom. Dersom en homogent belyst flate resulterer i at f.eks 12 fotoner treffer en pixel, så kan vi forvente at andre pixler treffes av f.eks 11 og 13, selv om de reflektive egenskapene til objektet man belyser er perfekt homogen. Dette er en slags støy.

 

Hvis jeg har forstått rett så _øker_ denne ved mindre pixel-areal, ved svakere belysning og kortere lukketid. For "dårlige" sensorer med mye analog støy vil den sannsynligvis være insignifikant fordi sensoren aldri greier å representere situasjoner hvor antallet fotoner blir lavt uansett.

 

-k

7188842[/snapback]

 

Min påstand var at shot noise reduseres dersom pikselarealet reduseres. Andre støyeffekter derimot har jeg ikke sagt noe om. Siden pikselarealet blir mindre er det klart at det er færre fotoner som treffer et gitt piksel innenfor et gitt tidsrom enn om pikselarealet hadde vært større. Siden pikselarealet blir mindre og færre fotoner treffer hver piksel må signalet ut fra hvert piksel forsterkes mer for å få samme "lysfølsomhet" eller eksponeringsverdi (eller hva man skal kalle det). Større forsterkning betyr også mer støy.

 

Kvantiseringsstøy er jo rett og slett at et digitaltsignal er representert med diskre verdier, hvor analoge signaler derimot har kontinuerlige verdier. For en 10-bits AD er det KUN 1024 analoge signalverdier som kan transformeres til en digitalrepresentasjon uten forvrengning. Alle andre analoge signalverdier blir transformert til nærmeste diskre digitalverdi. Så kvantiseringsstøy forårsaker ikke "tilfeldige" farger med forskjellig styrke plassert tilfeldig rundt omkring på et bilde. Kvantiseringsstøy gjør at man ikke får den eksakte verdien som det analoge signalet har, men heller en tilnærmet verdi. Graden av feil bestemmes av antall bit for AD-konverteren. Færre bit => større feil, flere bit => mindre feil. kort sagt, kvantiseringsstøy er avrundingsfeil.

[knutinh]

Min påstand var at shot noise reduseres dersom pikselarealet reduseres. Andre støyeffekter derimot har jeg ikke sagt noe om. Siden pikselarealet blir mindre er det klart at det er færre fotoner som treffer et gitt piksel innenfor et gitt tidsrom enn om pikselarealet hadde vært større. Siden pikselarealet blir mindre og færre fotoner treffer hver piksel må signalet ut fra hvert piksel forsterkes mer for å få samme "lysfølsomhet" eller eksponeringsverdi (eller hva man skal kalle det). Større forsterkning betyr også mer støy.

Ok, språklig forvirring da bare. Jeg bruker termen "shot noise" også om foton-kvantiserings-effekten:

http://en.wikipedia.org/wiki/Shot_noise

 

Og vi er enige om at den definitivt ØKER når pixel-arealet reduseres?

 

 

 

Kvantiseringsstøy er jo rett og slett at et digitaltsignal er representert med diskre verdier, hvor analoge signaler derimot har kontinuerlige verdier. For en 10-bits AD er det KUN 1024 analoge signalverdier som kan transformeres til en digitalrepresentasjon uten forvrengning. Alle andre analoge signalverdier blir transformert til nærmeste diskre digitalverdi. Så kvantiseringsstøy forårsaker ikke "tilfeldige" farger med forskjellig styrke plassert tilfeldig rundt omkring på et bilde. Kvantiseringsstøy gjør at man ikke får den eksakte verdien som det analoge signalet har, men heller en tilnærmet verdi. Graden av feil bestemmes av antall bit for AD-konverteren. Færre bit => større feil, flere bit => mindre feil. kort sagt, kvantiseringsstøy er avrundingsfeil.

7190632[/snapback]

Såklart. Men det er vanlig å tilnærme kvantiseringsfeil som en hvit støykilde hvis antall bits er "stort nok". Det gjør det lettere å regne :-)

 

Hvis man har en form for dithering eller analogstøy før A/D så er det også sannsynlig at "banding" og lignende vil bli mindre synlig som artefakter, på bekostning av SNR (man trader distorsjon mot støy).

 

-k

[Kristallo]

Kvantiseringsstøy er jo rett og slett at et digitaltsignal er representert med diskre verdier, hvor analoge signaler derimot har kontinuerlige verdier.

Det er viktig huske at med de små energimengdene vi snakker om her så fungerer ikke "analogt" som en brukbar tilnærming av et signal.

 

Fotoner er digitale i den betydning at de har en eksistens eller ikke. Så det orginale signalet er digitalt og ikke analogt. Energimengden (farven) til et foton er analog, men et digitalkamera registrerer ikke energimengden på annen måte enn å grovt sortere den i 3 digitale nivåer med et optisk filter.

 

Bildesensoren transformerer den digitale eksistensen av et foton til et elektron. På grunn av at brikken ikke er 100% effektiv så oppstår det en del støy i prosessen, men signalet er fremdeles digitalt.

 

A/D konvertere blir brukt, ikke fordi signalet er analogt av natur men fordi det er en enkel og effektiv metode å transformere signalet fra en ekstremt ustabil digital form til en meget stabil digital form.

 

Hovedmenden av støyen kommer fra det faktum at fotoner kommer fra tilfeldige retninger og noen piksler vil blir truffet av flere fotoner enn andre. Denne støyen er mange ganger så stor som støyen som oppstår på grunn av den begrensede oppløsningen til A/D konverteren så lenge det er snakk om deler av bildet som er godt belyst.

 

På et moderne kamera så kan en piksel holde ca 50 000 elektroner, det vil si en tilfeldig støy på ca 225 elektroner på grunn av at fotonene kommer i tilfeldige retninger. En 12 bits A/D konverter vil kunne lese 4096 nivåer, noe som gir en feil på +-6 elektroner noe som er relativt ubetydelig i forhold til den uungåelige kvantestøyen som oppstår på grunn av at lyset består av fotoner.

[knutinh]

Kvantiseringsstøy er jo rett og slett at et digitaltsignal er representert med diskre verdier, hvor analoge signaler derimot har kontinuerlige verdier.

Det er viktig huske at med de små energimengdene vi snakker om her så fungerer ikke "analogt" som en brukbar tilnærming av et signal.

 

Fotoner er digitale i den betydning at de har en eksistens eller ikke. Så det orginale signalet er digitalt og ikke analogt. Energimengden (farven) til et foton er analog, men et digitalkamera registrerer ikke energimengden på annen måte enn å grovt sortere den i 3 digitale nivåer med et optisk filter.

 

Bildesensoren transformerer den digitale eksistensen av et foton til et elektron. På grunn av at brikken ikke er 100% effektiv så oppstår det en del støy i prosessen, men signalet er fremdeles digitalt.

 

A/D konvertere blir brukt, ikke fordi signalet er analogt av natur men fordi det er en enkel og effektiv metode å transformere signalet fra en ekstremt ustabil digital form til en meget stabil digital form.

 

Hovedmenden av støyen kommer fra det faktum at fotoner kommer fra tilfeldige retninger og noen piksler vil blir truffet av flere fotoner enn andre. Denne støyen er mange ganger så stor som støyen som oppstår på grunn av den begrensede oppløsningen til A/D konverteren så lenge det er snakk om deler av bildet som er godt belyst.

 

På et moderne kamera så kan en piksel holde ca 50 000 elektroner, det vil si en tilfeldig støy på ca 225 elektroner på grunn av at fotonene kommer i tilfeldige retninger. En 12 bits A/D konverter vil kunne lese 4096 nivåer, noe som gir en feil på +-6 elektroner noe som er relativt ubetydelig i forhold til den uungåelige kvantestøyen som oppstår på grunn av at lyset består av fotoner.

7191430[/snapback]

Imponerende kunnskapsnivå =) Jobber du med dette?

 

Jeg har tidligere sett skisser av totalstøy for digitale kamera hvor man satte opp støyen som en effekt-addisjon av :

*photon shot noise

*analog støy

*A/D kvantiserings-støy

 

Hvor signifikansen av disse tre generelt er ukjent (men jeg ser du sier at foton-støyen er viktigst). Digital-kamera har jo en gamma-verdi. Gjøres dette analogt i forsterker/buffer-krets? Det blir jo i såfall helt tilsvarende det som gjøres for enkel ulineær kvantisering av tale i telefonsystemer (A-law/Mu-law).

 

Jeg leste forøvrig linken din med stor interesse.

 

-k

[Herr Brun]

Nye Pentax K10D løser dette ved å la deg sette en øvre grense for ISO.

7182154[/snapback]

Både *ist DS og DL har denne funksjonen de også =)