Leserauschen in der Zukunft

[Balaleica]

Was mich aber mehr irritiert, sind die Inhomogenitäten im ISO-abhängigen RON-Verlauf z.B. bei der Son a7s oder der a7rII. Dort macht oberhalb eines ISO-Wertes der RON einen abrupten Sprung nach unten. Das sieht in meinen Augen nach rechnerischer Datenprozessierung aus.

Dual-Conversion-Gain bei den Pixeln. Einfach mal nach "DR-Pix whitepaper" im Netz suchen.

PS: A7s und A7rII haben effektiv 2 Sprünge: Einen vergleichsweise deutlichen durch den Gain-Wechsel und einen weiteren bei höheren ISOs, bei dem dann tatsächlich die Daten Kamera-seitig gefiltert werden (dazu gibt es Untersuchungen von Jim Kasson).

 

[burkhard2]

Auch irritieren mich die aus DxO-Daten abgeleiteten FWC. Der Sensor der a7r und jener der Nikon 810 sollten doch identisch sein!?

Die höhere FWC der D810 passt genau zur niedrigeren Basis-ISO. Ich kann mir nicht vorstellen, dass Sony nicht die volle FWC nutzt und stattdessen nur gepullte ISO 50 anbietet.

Wenn ich die Messwerte so vergleiche, dann ähnelt der Sensor der A7r eher dem der D800.

L.G.

Burkhard.

 

[Mi67]

Dual-Conversion-Gain bei den Pixeln. Einfach mal nach "DR-Pix whitepaper" im Netz suchen.

PS: A7s und A7rII haben effektiv 2 Sprünge: Einen vergleichsweise deutlichen durch den Gain-Wechsel und einen weiteren bei höheren ISOs, bei dem dann tatsächlich die Daten Kamera-seitig gefiltert werden (dazu gibt es Untersuchungen von Jim Kasson).

Dual conversion war in meinem ersten Posting hier im Faden bereits als eine der Optimierungsmöglichkeiten angesprochen (siehe Beitrag #2).

Dass Sprünge durch Änderungen des Gains in der Vorverstärkung erzeugt werden können, ist klar. Der Gag eines gleichzeitigen Auslesens mit hohem und geringem Gain ist aber der, dass man das geringe Ausleserauschen des hohen Gains auch im basis-ISO, nämlich in gering belichteten Bildpixeln nutzbar machen kann. Es gäbe dann nicht *ein* Ausleserauschen, sondern deren zwei gleichzeitig - je nachdem ob man heller oder dunkler belichtete Bildpixel analysiert.

Wenn in der a7rII und a7s tatsächlich so wie bei sCMOS-Kameras gleichzeitig mit hohem und mit geringem Gain ausgelesen wird, dann würde dies bei guter Implementierung das quasi ISO-freie Verhalten gut erklären. Den Sprung im apparenten Ausleserauschen gäbe es bei normalen, strukturierten Motiven so gar nicht, sondern die Kennlinie würde jener einer ganz normalen Kamera ähneln. Wenn aber ein homogenes Testtarget verwendet wurde, könnten die Sprünge durch den Helligkeitsübergang hervorgerufen werden, der einen Wechsel vom log-gain ind den high-gain-Auslesekanal erlaubte. Die Sprünge wären dann nicht fix mit einer ISO-Zahl verknüpft, sondern sie müssten dann bei anderer Motivhelligkeit/Blende/Verschlusszeit an verschiedenen ISO-Stufen zutage treten!?

 

[Balaleica]

Dual conversion

Am besten Du schaust Dir mal das Whitepaper dazu an; ich gehe auch häufig brutal schlampig mit Begrifflichkeiten um, weswegen Du Dich da nicht darauf festnageln solltest.

 

[Mi67]

Am besten Du schaust Dir mal das Whitepaper dazu an; ich gehe auch häufig brutal schlampig mit Begrifflichkeiten um, weswegen Du Dich da nicht darauf festnageln solltest.

Ich habe mir dieses hier durchgelesen: http://www.photonstophotos.net/Aptina/DR-Pix_WhitePaper.pdf

Man kann daraus verstehen, dass je nach Helligkeit ein zusätzlicher Kondensator zugeschaltet werden kann, der eine Potentialauslenkung nach der Fotodiode erschwert und so zum Erhalt der Lichterzeichnung genutzt werden kann. Das ganze geschieht aber bei hoher Motivhelligkeit und - wie es scheint - wird dann der gesamte Sensor auf eine andere FWC- & RON-Charakteristik gebracht. Im Endergebnis wäre das also "nur" eine Variation von ISO-Änderung per Gain-Anpassung und kein simulatan duales Auslesen?

 

[Frank Klemm]

Dual conversion war in meinem ersten Posting hier im Faden bereits als eine der Optimierungsmöglichkeiten angesprochen (siehe Beitrag #2).

Dass Sprünge durch Änderungen des Gains in der Vorverstärkung erzeugt werden können, ist klar. Der Gag eines gleichzeitigen Auslesens mit hohem und geringem Gain ist aber der, dass man das geringe Ausleserauschen des hohen Gains auch im basis-ISO, nämlich in gering belichteten Bildpixeln nutzbar machen kann. Es gäbe dann nicht *ein* Ausleserauschen, sondern deren zwei gleichzeitig - je nachdem ob man heller oder dunkler belichtete Bildpixel analysiert.

Nicht zwei, sondern mehrere oder viele.
Man schaltet nicht hart zwischen den beiden Wandlern um.

Wenn in der a7rII und a7s tatsächlich so wie bei sCMOS-Kameras gleichzeitig mit hohem und mit geringem Gain ausgelesen wird, dann würde dies bei guter Implementierung das quasi ISO-freie Verhalten gut erklären.

Auf genau das Ergebnis komme ich auch.

Den Sprung im apparenten Ausleserauschen gäbe es bei normalen, strukturierten Motiven so gar nicht, sondern die Kennlinie würde jener einer ganz normalen Kamera ähneln. Wenn aber ein homogenes Testtarget verwendet wurde, könnten die Sprünge durch den Helligkeitsübergang hervorgerufen werden, der einen Wechsel vom log-gain ind den high-gain-Auslesekanal erlaubte. Die Sprünge wären dann nicht fix mit einer ISO-Zahl verknüpft, sondern sie müssten dann bei anderer Motivhelligkeit/Blende/Verschlusszeit an verschiedenen ISO-Stufen zutage treten!?

Der High-Gain-Wert entscheidet, wie der Gain verrechnet wird.
Ob das noch auf dem Die erfolgt oder ob 2x12 bit erst im Prozessor verrechnet werden, dazu müßte man sich die (wirkliche) Anzahl der Readout-Kanäle ansehen.

Denkbar wären zwei Readout-Verstärker. Einer mit High Gain, einer zwischen Low Gain und High Gain umschaltbar.

Low Gain: 0,4 e-/digit @12 bit oder 0,8 e-/digit @11 bit
High Gain: 20 e-/digit @12 bit

Ab ISO 3200 werden beide im High Gain-Modus betrieben.

Es gibt irgendwo ein Stück Software oder Hardware, das
* die beiden Kanäle verrechnet
* den Dunkelbildabzug durchführt
* die Flat-Field-Korrektur durchführt
und das ganze als 2 Byte-pro-Pixel weitergibt.

 

[Frank Klemm]

 

[Balaleica]

Im Endergebnis wäre das also "nur" eine Variation von ISO-Änderung per Gain-Anpassung und kein simulatan duales Auslesen?

Genau. Deshalb gibt es auch diesen markanten "Knick" in den DR-Diagrammen der A7s und A7rII (und dann halt auch A7sII).

 

[Mi67]

Vor dem Screenshot den Bildschirm immer sauber in die Horizontale stellen!

Simulationen des RON eines sCMOS-Sensors als Kurvenscharen ISO-100 bis ISO-100.000 und auf der x-Achse die % Pixelsaturation?

 

[Balaleica]

Simulationen des RON eines sCMOS-Sensors als Kurvenscharen ISO-100 bis ISO-100.000 und auf der x-Achse die % Pixelsaturation?

Das sind die "Full SNR"-Kurven der D810 auf DxOmark, wenn ich das richtig sehe. Die %-Angaben beziehen sich auf die Grauwerte, die da abgelichtet werden.

 

[Mi67]

Das sind die "Full SNR"-Kurven der D810 auf DxOmark, wenn ich das richtig sehe. Die %-Angaben beziehen sich auf die Grauwerte, die da abgelichtet werden.

Danke!

 

[Maximus]

FWC bzw. full well capacity.

Schon klar wo das herkommt, deswegen war ich ja so entsetzt.

Eine eingängige Direktübersetzung ins Deutsche ist mir nicht bekannt.

Wörtlich wäre es die "Voller-Brunnen-Kapazität", sinngemäß würde sich sowas wie "Überlauf-", "Sättigungskapazität" anbieten.

 

[Mi67]

Zitat von Mi67:
Wenn in der a7rII und a7s tatsächlich so wie bei sCMOS-Kameras gleichzeitig mit hohem und mit geringem Gain ausgelesen wird, dann würde dies bei guter Implementierung das quasi ISO-freie Verhalten gut erklären.

Auf genau das Ergebnis komme ich auch.

Zitat von Mi67:
Im Endergebnis wäre das also "nur" eine Variation von ISO-Änderung per Gain-Anpassung und kein simulatan duales Auslesen?
Genau. Deshalb gibt es auch diesen markanten "Knick" in den DR-Diagrammen der A7s und A7rII (und dann halt auch A7s-II).

Bekommen wir diesen Widerspruch noch aufgelöst? Würde mich prinzipiell schon interessieren, ob die sCMOS-Strategie schon im Consumer-Bereich angekommen ist. Die "Sprünge" im apparenten RON wie bei a7r-II (http://www.photonstophotos.net/Charts/RN_e.htm#Sony ILCE-7RM2_14) und a7s (www.photonstophotos.net/Charts/RN_e.htm#Sony ILCE-7S_14), während die a7r, die Nikon D810/D810A bzw. D800/D800E kein solches Verhalten zeigen. Sind diese Sprünge nun hinweisend auf eine sCMOS-artige Konstruktion oder spricht das eher für eine "Aptina-Strategie" à-la DR-Pix?

Wie sehen diese RON-Sprünge der a7r-II eigentlich in Bildern (aus RAW entwickelt) aus? Gibt es dazu schon passende Samples? Ich fand bislang nur ISO-Serien in JPEG ...

 

[Balaleica]

Wie sehen diese RON-Sprünge der a7r-II eigentlich in Bildern (aus RAW entwickelt) aus? Gibt es dazu schon passende Samples? Ich fand bislang nur ISO-Serien in JPEG ...

Bei DPReview gibt es zur A7rII eine "Push"-Belichtungsserie, quasi ISO100+6, ISO200+5 usw., da wird der Sprung (kommt bei ISO640, also zwischen ISO400 und ISO800) sichtbar (der per default eingestellte Ausschnitt zeigt das nicht so deutlich, mal weiter nach links schieben auf dieses dunkle Vordach unter dem Baum, oder das Haus hoch). Bei der A7s ist den Leuten auch relativ schnell aufgefallen, daß das Rauschen (wenn man die Schatten anhebt) bei ISO1600 deutlicher ist als bei ISO3200 (der Sprung ist dort bei ISO2000 oder so).

 

[Mi67]

Bei DPReview gibt es zur A7rII eine "Push"-Belichtungsserie, quasi ISO100+6, ISO200+5 usw., da wird der Sprung (kommt bei ISO640, also zwischen ISO400 und ISO800) sichtbar ...

Ja, das kann man erkennen.

Bei dem selben ISO-Sprung zeigt der Dynamikbereich nur einen ganz leichten Ausschlag nach oben. Das spräche wohl für ein "hartes Umschalten" zwischen den Auslesekanälen, wobei mit sinkendem RON zwar der "noise floor" nach unten verlagert wird, die Sättigung aber ebenfalls fast um den gleichen Betrag weiter unten einsetzt.

I.a.W.: da ist noch weitere Dynamik-Luft, die über ein "sCMOS-Prinzip" erschließbar wäre ... !?

 

[Frank Klemm]

Vor dem Screenshot den Bildschirm immer sauber in die Horizontale stellen!

Simulationen des RON eines sCMOS-Sensors als Kurvenscharen ISO-100 bis ISO-100.000 und auf der x-Achse die % Pixelsaturation?

Rauschen der D810.
Reines Poissonrauschen liefert exakt horizontale Linien.
Man sieht links Komponenten durch das Ausleserauschen , rechts verbleibende Inhomogenitäten.

 

[Frank Klemm]

Das gleiche für die Sony A7RII.

 

[Mi67]

Rauschen der D810.
Reines Poissonrauschen liefert exakt horizontale Linien.
Man sieht links Komponenten durch das Ausleserauschen , rechts verbleibende Inhomogenitäten.

Vielen Dank für die aufschlussreiche Interpretation!


PS: gestern hatte ich ein Auftrags-Shooting in einem schlecht beleuchteten Konzertsaal, welches ich mit meiner ur-5D zu bewerkstelligen hatte. Über jedes Fitzelchen mehr an Schattendynamik wäre ich heilfroh gewesen, zumal alleine der notwendige Weißabgleich (2600 K waren immer noch eine unter-Kompensation) schon jegliche Dynamikreserve auffraß.

 

[Frank Klemm]

... schlecht beleuchteten Konzertsaal, welches ich mit meiner ur-5D zu bewerkstelligen hatte. Über jedes Fitzelchen mehr an Schattendynamik wäre ich heilfroh gewesen, zumal alleine der notwendige Weißabgleich (2600 K waren immer noch eine unter-Kompensation) schon jegliche Dynamikreserve auffraß.

ISO-Wert? ISO 1600?
Objektiv? EF 135/2L?

 

[Mi67]

ISO-Wert? ISO 1600?
Objektiv? EF 135/2L?

Ja, so in etwa. Wechsel zwischen 20/2.8 (@ f/3.2-f/4.5), 50/1.4 (@ f/2.0-f/2.8) und 135/2L (@ f/2.0-f/2.8). ISO-Wert musste dabei mit jedem Objektivwechsel so nachgeführt werden, dass gerade noch eine vernünftige Verschlußzeit herauskam. Das waren ca. 30% ISO-400 und je 40% ISO-800 bzw. ISO-1600. Zwei oder gar drei Blendenstufen mehr Luft am Sensor hätte nein wesentlich entspannteres Arbeirten bedeutet.