Teoretisk spørsmål om lys og støy

[sfg]

Som noen sa her; alle som har prøvd nattsyn-utstyr har sett at det er ganske mye lys tilgjengelig, selv om natta når vi oppfatter det som veldig mørkt. Og på ISO 1600 (som er maks jeg har erfaring med på min EOS 400D), kan man fortsatt ikke ta håndholdt i mørke. ISO 25600 er en 4-dobling i følsomhet over ISO 1600. Det er fortsatt ikke SÅ mye at du kan løpe rundt å ta håndholdte bilder når det faktisk er mørkt.

 

Selv på ISO 1600 får man lett for lange lukkertider til å ta håndholdt inne i ei litt dårlig opplyst stue. For ikke å snakke om ute i mørket, der vi ofte uten store problemer kan se med øynene våre, og det derfor må være lys tilstede.

 

Min konklusjon er at det sannsynligvis er masse fotoner igjen når vi må fyre opp blitzen eller stativet, selv om vi har høy ISO. Jeg tror den teoretiske grensen som var nevnt her, enda er langt unna.

 

Forøvrig KAN de jo lage hvor høy følsomhet som helst; det er jo bare snakk om en signalforsterkning. Om det er noe fornuftig signal å forsterke er egentlig irrelevant. Og med signalet forsterker man jo også egenstøyen til bildebrikken.

 

Personlig tror jeg vi vil få se en kjempeutvikling innenfor høy følsomhet/lav støy i årene som kommer. Det ville heller ikke forbause meg om vi snart får se kameraer som har mulighet for å gjengi infrarødt og/eller ultrafiolett. Det kunne vært spennende!

 

Stig

[Anew]

Det ville heller ikke forbause meg om vi snart får se kameraer som har mulighet for å gjengi infrarødt og/eller ultrafiolett. Det kunne vært spennende!

9375698[/snapback]

Fuji har hatt UV/IR-varianter av sine Nikon-baserte speilreflekser i årevis.

[Simen1]

ISO 25600 er en 4-dobling i følsomhet over ISO 1600.

9375698[/snapback]

Mener du 4 ganger så følsom eller i ordets rette forstand 4 doblinger (2^4=16) av følsomheten?

 

25600/1600 = 16

[k-ryeng]

ISO 25600 er en 4-dobling i følsomhet over ISO 1600.

9375698[/snapback]

Mener du 4 ganger så følsom eller i ordets rette forstand 4 doblinger (2^4) av følsomheten?

Ordets rette forstand, du får dobbelt så mye lys fra ISO1600 til ISO3200, fra ISO3200 til ISO6400, fra ISO6400 til ISO12800 og fra ISO12800 til ISO25600.

 

Sagt på en annen måte, du får 1/16 av lukkertiden på ISO1600 med ISO25600...

[k-ryeng]

Som noen sa her; alle som har prøvd nattsyn-utstyr har sett at det er ganske mye lys tilgjengelig, selv om natta når vi oppfatter det som veldig mørkt. Og på ISO 1600 (som er maks jeg har erfaring med på min EOS 400D), kan man fortsatt ikke ta håndholdt i mørke. ISO 25600 er en 4-dobling i følsomhet over ISO 1600. Det er fortsatt ikke SÅ mye at du kan løpe rundt å ta håndholdte bilder når det faktisk er mørkt.

Ikke langt unna heller. Hvis du får lukkertid på 1/5 sekund med ISO1600, får du en lukkertid på 1/80 sekund. Det er i mange tilfeller tilstrekkelig til å få skarpe bilder håndholdt (avhenger selvsagt av avstanden til det du fotograferer og brennvidden også). Skyter du med ISO25600, og bruker f.eks. 50mm f/1.4 skal det være bra mørkt før du ikke får tatt bilde. Sett kameraet på en monopod i tillegg, og du er i boks...

[Xmag]

Dette er ikke helt on topic kanskje, men det står en del rundt Canons CMOS bildebrikker og støybehandling i det vedlagte pdf-dokumentet.

Canon_Full_Frame_CMOS_White_Paper.pdf

[sfg]

Jeg mente en 4 ganger dobling. Beklager en noe upresis uttalelse der.

 

Uansett; her var poenget om vi nærmet oss den teoretiske grensen for ISO, dvs om det er vits i å forsterke signalet ytterligere.

 

Når det er MØRKT, f eks om natten på vinteren, kan man ofte se med øynene, men med kameraet blir fort lukkertiden sekunder. Da er det ikke tvil om at det er lys tilstede, selv om det er for lite til å fange opp med et kamera over kort nok tid til at man kan håndholde. Derfor tror jeg en videre utvikling mot høyere ISO kan gi gevinst, og antakelig vil skje.

 

Forøvrig er det interessant å merke seg, sånn rent debatt-teknisk, at av et innlegg som omhandlet disse tingene som et svar på tankene til trådstarter, var det omtrent ingen som kom med svar på det innlegget mitt handlet om, og synspunktene jeg la fram. I stedet var det flere som hektet seg opp i min feiluttalelse rundt ISO og doblinger..

 

Jaja.

 

Stig

[sfg]

Som noen sa her; alle som har prøvd nattsyn-utstyr har sett at det er ganske mye lys tilgjengelig, selv om natta når vi oppfatter det som veldig mørkt. Og på ISO 1600 (som er maks jeg har erfaring med på min EOS 400D), kan man fortsatt ikke ta håndholdt i mørke. ISO 25600 er en 4-dobling i følsomhet over ISO 1600. Det er fortsatt ikke SÅ mye at du kan løpe rundt å ta håndholdte bilder når det faktisk er mørkt.

Ikke langt unna heller. Hvis du får lukkertid på 1/5 sekund med ISO1600, får du en lukkertid på 1/80 sekund. Det er i mange tilfeller tilstrekkelig til å få skarpe bilder håndholdt (avhenger selvsagt av avstanden til det du fotograferer og brennvidden også). Skyter du med ISO25600, og bruker f.eks. 50mm f/1.4 skal det være bra mørkt før du ikke får tatt bilde. Sett kameraet på en monopod i tillegg, og du er i boks...

9375778[/snapback]

 

1/5 sek på iso 1600 er sånn man får inne i et dårlig opplyst rom inne. Ute om natten er det helt andre lukkertider vi snakker om. Debatten her gikk på om brikkene var blitt så følsomme at det ikke er vits/teoretisk mulig å forsterke mer. Jeg mener dette er et svar på at det fortsatt finnes mange situasjoner der det ER lys, men hvor vi ikke klarer å ta bilde av det håndholdt.

 

Det er selvsagt litt vanskelig å forestille seg hvordan det ser ut når du har ISO 25600, 1/80 og f/1.4, men jeg har en følelse av at fortsatt kameraet vil være atskillig mindre følsomt enn øyet vårt, hvilket igjen bringer meg tilbake til det trådstarter spurte om.

 

Stig

[k-ryeng]

Forøvrig er det interessant å merke seg, sånn rent debatt-teknisk, at av et innlegg som omhandlet disse tingene som et svar på tankene til trådstarter, var det omtrent ingen som kom med svar på det innlegget mitt handlet om, og synspunktene jeg la fram. I stedet var det flere som hektet seg opp i min feiluttalelse rundt ISO og doblinger..

 

Jaja.

Håper du ikke er overrasket :o)

[Kristallo]

Når det er MØRKT, f eks om natten på vinteren, kan man ofte se med øynene, men med kameraet blir fort lukkertiden sekunder. Da er det ikke tvil om at det er lys tilstede, selv om det er for lite til å fange opp med et kamera over kort nok tid til at man kan håndholde. Derfor tror jeg en videre utvikling mot høyere ISO kan gi gevinst, og antakelig vil skje.

Du kan ikke bruke øyet til direkte sammenligning for noe som helst. Det er et meget spesielt system som ikke egner seg for fotografering. Det øyet registrerer har liten sammenheng med det du oppfatter.

 

1. Integrasjonstiden (eksponeringstiden) til øyet er ved eksperimenter funnet til å være opp til 15 sekunder.

2. Kvaliteten på det bildet øyet leverer i dårlig lys er ekstremt dårlig.

3. Det bildet du oppfatter er et syntetisk bilde som ikke nødvendigvis avspeiler virkeligheten. (Det er en blanding av stillbilder og film, sort hvitt og farvebilder, små flekker i høy oppløsning og store områder i lav oppløsning som smeltes sammen til et bilde der hjernen fyller inn det som mangler med syntetisk konstruerte teksturer.)

 

Ved 15 sekunders lukkertid så er dagens kamera betydelig bedre enn øyet på alle måter. Selv ved så korte lukkertider at jeg kan bruke kameraet uten stativ så får jeg farvebilder ut av kameraet etter at øynene mine slutter å se farver.

 

Det vedlagte bildet er tatt ved f/1,4 ISO3200 og håndholdt ved ganske lang lukkertid. Den røde blomsten til venstre kunne jeg ane med øynene men de gule og blå gikk i ett med bakgrunnen. Bildet er av en kvalitet som de fleste mener er ubrukelig men farvene og detaljene er langt bedre enn det jeg så med øyet.

 

Som sagt så er det umulig å sammenligne øyet med et kamera siden øyet er et sammensatt system som fungerer på flere måter samtidig. Men med et lyssterkt objektiv og et moderne kamera så kan man allerede gjøre ting som øyet ikke kan. Da kan du prøve å forestille deg hva Nikon D3 med et f/1.2 objektiv kan gjøre.

Endret 28. august 2007 av Kristallo

[ATWindsor]

Når det er MØRKT, f eks om natten på vinteren, kan man ofte se med øynene, men med kameraet blir fort lukkertiden sekunder. Da er det ikke tvil om at det er lys tilstede, selv om det er for lite til å fange opp med et kamera over kort nok tid til at man kan håndholde. Derfor tror jeg en videre utvikling mot høyere ISO kan gi gevinst, og antakelig vil skje.

Du kan ikke bruke øyet til direkte sammenligning for noe som helst. Det er et meget spesielt system som ikke egner seg for fotografering. Det øyet registrerer har liten sammenheng med det du oppfatter.

 

1. Integrasjonstiden (eksponeringstiden) til øyet er ved eksperimenter funnet til å være opp til 15 sekunder.

2. Kvaliteten på det bildet øyet leverer i dårlig lys er ekstremt dårlig.

3. Det bildet du oppfatter er et syntetisk bilde som ikke nødvendigvis avspeiler virkeligheten. (Det er en blanding av stillbilder og film, sort hvitt og farvebilder, små flekker i høy oppløsning og store områder i lav oppløsning som smeltes sammen til et bilde der hjernen fyller inn det som mangler med syntetisk konstruerte teksturer.)

 

Ved 15 sekunders lukkertid så er dagens kamera betydelig bedre enn øyet på alle måter. Selv ved så korte lukkertider at jeg kan bruke kameraet uten stativ så får jeg farvebilder ut av kameraet etter at øynene mine slutter å se farver.

 

Det vedlagte bildet er tatt ved f/1,4 ISO3200 og håndholdt ved ganske lang lukkertid. Den røde blomsten til venstre kunne jeg ane med øynene men de gule og blå gikk i ett med bakgrunnen. Bildet er av en kvalitet som de fleste mener er ubrukelig men farvene og detaljene er langt bedre enn det jeg så med øyet.

 

Som sagt så er det umulig å sammenligne øyet med et kamera siden øyet er et sammensatt system som fungerer på flere måter samtidig. Men med et lyssterkt objektiv og et moderne kamera så kan man allerede gjøre ting som øyet ikke kan.

 

Og med synet vårt kan vi gjøre ting som ikke noe kamera kan gjøre, vi har jo feks en veldig stor dynamisk rekkevidde i forhold til hva man får til med et kamera. Det de fleste mener med "det øyet kan oppfatte" er hva synssystemet oppfatter, nervesystemet og selve øyet er så tett integrert synsmessig at det nesten kan diskuteres om det gir mening å skille de.

 

Ellers gjelder jo det forsåvidt til en viss grad ISO-verdiene også, jeg har inntrykket av at mye kommer av behandling av signalet, da manså vidt jeg vet signalmessig ligger helt på grensen av hva som er fysisk mulig, ved en gitt sensorstørrelse og ISO-verdi. (jeg har ikke hatt tid til å lese alle artiklene, så jeg beklager om det jeg sier er feil, og tatt opp i disse).

 

AtW

[SNratio]

Uansett; her var poenget om vi nærmet oss den teoretiske grensen for ISO, dvs om det er vits i å forsterke signalet ytterligere.

Ja og nei. Hvis du har store nok piksler, kan du gå videre. Men jeg er usikker på hvordan det i praksis virker med f.eks å slå sammen 4 og 4 fotonbrønner. Nikon gjorde jo dette i D1H, som bruker en 10.8 Mpix sensor nedsampla til 2.7 MPix. Og muligens er det teknikken bak 12800+ ISO-trinna i D3 også.

[knutinh]

http://www.clarkvision.com/imagedetail/evaluation-nikon-d50/

 

Sensorer er begrenset av foton-støy, "dark current" og read noise. I følge linken til clarkvision så er i praksis moderne sensorer normalt begrenset av foton-støy.

 

I tillegg så har vi en begrensning i støyen introdusert av analog elektronikk, og kvantiseringsstøyen i ADC.

 

Både sensor og ADC har i tillegg mulighet for klipping som begrenser dynamikken oppad.

 

 

De fleste digitale kamera er satt opp til å ha maksimal dynamikk ved iso 100, hvor sensorens maksimale foton-tall er matchet opp mot klipp-punktet til ADC, og (ofte) fotonstøyen er begrensningen nedad.

 

Ved å tilby stadig høyere analog gain (iso) så reduserer man tilgjengelig dynamikk, men evner å "fylle" ADC slik at bildet blir rett eksponert og kvantiseringsstøy fortsetter å være insignifikant. Fotonstøyen blir dog ubønnhørlig forsterket og avhengig av hvor mye "headroom" man har i systemet ved f.eks høy foton-effektivitet så blir bildet stadig mer støyete.

 

-k

[Simen1]

Både sensor og ADC har i tillegg mulighet for klipping som begrenser dynamikken oppad.

9421892[/snapback]

Angående klippinga så har jeg lurt på om de ikke kan bruke en smartere måte å utvide dynamikkområdet oppover på. Her kommer et forslag som kanskje har svakheter jeg ikke ser så dere må gjerne forklare hvorfor det ikke brukes:

 

I dag fungerer hver pixel enkelt forklart som en lysfølsom diode + en kondensator. Når dioden utsettes for lys så leder den strøm og lader opp kondensatoren. Når bildet er tatt så avleses den oppladede spenningen som et mål på akkumulert lysstyrke pixelen har mottatt. Kapasiteten til kondensatoren avgjør maksimal lysstyrke før "klipping".

 

Mitt forslag går ut på å gjøre endringer på kondensatoren. I stedet for en kondensator så byttes den med to kondensatorer, en liten og en stor, en liten motstand og en zenerdiode. Sammen vil disse fungere omtrent som før, men ha en ulineær oppladings-skala. F.eks kan den lades lett opp til 80% ved lav lysstyrke ved at den lille kondensatoren lades opp direkte. Deretter vil spenningen bli så høy at zenerdioden leder resten av spenninga over til den store kondensatoren. Der vil den lades sakte opp fra 80 til 100% og dermed få en langt større dynamikk oppover før klipping skjer. ADC vil fungere som før og lese av spenningsverdien fra 0-100%. Den digitale signalbehandlingen blir derimot litt mer avansert siden den skal ta hensyn til den ulineære sammenhengen mellom spenning og lysstyrke. Tror dere dette ville fungert greit?

[turnipkongen]

simen, skynd deg å selge/patentere den ideen

ser ikkje nokre svakheiter med dette, bortsett fra at det tar litt større plass.

[Kristallo]

Siden de ekstra delene vil ta opp betydelig plass vil det bli plass til langt færre elektroner i kondensatorene og støyen øker. Hvis man undereksponerer bildet så vil man også unngå klipping på bekostning av støy så det er uklart om den metoden vil føre til noen forbedringer, det vil garantert bli dyrere.

[Simen1]

Tja, dyrere vil det nok bli, men ikke mye. Det kommer heller ikke til å ta noe særlig mer plass. Jeg vil anslå 10% mer plass, noe som neppe vil utgjøre et problem på sensorer med mikrolinser. På kompaktkameraer med 12 megapixler på en 1/2,7" sensor vil det selvsagt bli forverre den allerede elendige støysituasjonen og dermed bli unyttig.

 

Undereksponering fører til et annet problem: Mye støy i mørke områder, noe mitt "patent" ikke vil gi fordi den lille kondensatoren gir god nøyaktighet der. Metoden min vil altså gjøre at man reduserer drstisk utbrente områder i høykontrastbilder. F.eks en sort bil med kromdetaljer som bader i solskinn, et brudepar med kritthvit kjole og sort dress osv. Klassiske høykontrastbilder.

 

turnipkongen: Hehe. Hadde jeg bare hatt tid, penger og kontakter. Patentering er dyre saker og ikke lønnsomt med mindre man har både investorpenger, gode kontakter i selskaper som kan bruke teknologien og en advokat eller to til utforming av patentsøknaden. Også tar det minst 3 år. Jeg vil bare fortsette i min vanlige jobb og ha muligheten til å svi av noen tusenlapper på sånt utstyr i framtida. Så fremt konseptet fungerer tilfredsstillende.

[knutinh]

En av sensorprodusentene har et irregulært mønster med "små" og "store" pixel. Dermed kan et større dynamikk-område dekkes så lenge man antar at variasjonen ikke er alt for stor mellom nabopixler (en antagelse som fungerer ganske bra i dag for farger mhp bayer-matrisen).

 

Dette er heller ikke så ulikt øyet vårt, som har tapper og staver hvorav den ene gruppen gir fargesyn med lav følsomhet, og den andre gruppen gir svart-hvitt syn med høy følsomhet. Etter litt prosessering i hjernen (og dessuten variabel blenderåpning) så får vi et effektivt dynamikkområde som er enormt.

 

Analog film har vel en ulineær karakteristikk som gir en "soft clip" karakteristikk (som ikke kompenseres for), slik at det ikke er støybidraget som fordeles ulineært, men den faktiske transferfunksjonen som reduserer de kraftigste peakene. Ikke ulikt rør-teknologi for lyd. På samme måte som lyd så vurderes dette som subjektivt fordelaktig av mange brukere.

 

-k

[ATWindsor]

turnipkongen: Hehe. Hadde jeg bare hatt tid, penger og kontakter. Patentering er dyre saker og ikke lønnsomt med mindre man har både investorpenger, gode kontakter i selskaper som kan bruke teknologien og en advokat eller to til utforming av patentsøknaden. Også tar det minst 3 år. Jeg vil bare fortsette i min vanlige jobb og ha muligheten til å svi av noen tusenlapper på sånt utstyr i framtida. Så fremt konseptet fungerer tilfredsstillende.

9424785[/snapback]

 

Ikke for være overveldene negativ, men min erfaring er at de fleste gode og relativt enkle ideer allerede er publisert, eller patentert for noen tiår siden Så det er ikke sikkert det hadde hjupet så mye å strate kverna heller.

 

AtW

[turnipkongen]

Ikke for  være overveldene negativ, men min erfaring er at de fleste gode og relativt enkle ideer allerede er publisert, eller patentert for noen tiår siden Så det er ikke sikkert det hadde hjupet så mye å strate kverna heller.

 

AtW

9425716[/snapback]

 

jaja, vi får slutte hele utviklinga her og no da, ja sidan det meste allerede er funnet opp.

 

 

var vel en klok sjef på et patentkontor som tidlig på 1900-tallet som påstod at alt som var verdt å finne opp, allerede var oppfunnet, heh, så feil kan man ta