Lichtstarke Optiken vor dem Aus?

Frank Klemm · 4 Januar 2006

moon1883 schrieb:
Auch wenn irgendwann ISO 51200 so wenig rauschen wie heute ISO 200 trenne ich mich eher von meinen beiden Dunkelzooms als von den lichtstarken Festbrennweiten... in erster Linie wegen den AL-Möglichkeiten, doch auch Schärfentiefe und Sucherbild spielen eine Rolle.

Von daher beantworte ich den Thread-Titel für mich mit einem klaren NEIN.

ISO 51200 bei einer Sensorgröße von 22,5 mm x 15,0 mm und 8 Megapixel bedeuten für den typischen Belichtungsbereich 2,7 bis 54 Photonen pro Pixel. Die dunklen Bildbereiche liefern 2,7 Photonen, die hellen so um die 54 Photonen (Definition nach DIN).

Selbst ein perfekter Sensor (Quanteneffizienz 100%, kein Dunkelrauschen, kein Ausleserauschen) hat immer noch mit dem statistischen Rauschen zu kämpfen, weil im statischen Mittel zwar in dunklen Bildpassagen 2,7 Quanten im Durchschnitt ankommen, aber eben nur im Durchschnitt. Statistisch kommt folgendes Signal an:

0 Photonen: 6,7%
1 Photonen: 18,2%
2 Photonen: 24,5%
3 Photonen: 22,0%
4 Photonen: 14,9%
5 Photonen: 8,0%
6 Photonen: 3,6%
7 Photonen: 1,4%
8 Photonen: 0,5%
mehr Photonen: 0,2%

Eine homogene dunkle Fläche liefert hinter einer perfekten Optik und einem perfekten Sensor statt einem konstanten Signal so Zahlen zwischen 0 und 7 mit einer Häufung zwischen 1 und 4.

Neben einer perfekten Optik oder Streuverluste und ohne Absorptionsverluste sind hier noch keine Verluste durch den üblichen Bayerfilter und die Verstärkung des Rauschens durch die Farbrekonstruktion durch Differenzbildung berücksichtigt.

ISO 51200 ist bei Bayer-Sensoren selbst in der Theorie die blanke Illusion. Eine 3-Chip-Lösung mit massiver Rauschfilterung stellt etwa das theoretische Limit dar.
Ohne Rauschfilterung würde sich das SNR bei 1,6 in dunklen Passagen und bei 7,3 in hellen Passagen bewegen.

Kann ja aus Spaß mal ein (vorhandenes) Bild so umrechnen, wie es mit einem perfekten Drei-Chip-ISO 51200-Sensor ohne Rauschfilterung aussieht. Wie lädt man so was hier hoch? Müßte mal ein geeignetes Bild suchen.

Hoffe, niemanden gelangweilt zu haben.

moon1883 · 4 Januar 2006

Frank Klemm schrieb:
ISO 51200...

Hoffe, niemanden gelangweilt zu haben.

Nö, find' ich ja nett. Auch wenn ich keinerlei Möglichkeit habe Deine Zahlen zu prüfen. Ich bekomme ja RAWs aus meiner Kamera und keine Photonenzählung...

Aber... kann es sein, und dies ist nur eine Vermutung, das Dein Posting meine Vorliebe für lichtstarke FBs eher unterstützt als dem widerspricht?

Frank Klemm · 4 Januar 2006

moon1883 schrieb:
Nö, find' ich ja nett. Auch wenn ich keinerlei Möglichkeit habe Deine Zahlen zu prüfen.

Aber... kann es sein, und dies ist nur eine Vermutung, das Dein Posting meine Vorliebe für lichtstarke FBs eher unterstützt als dem widerspricht?

Es ist wie bei den Computern. Hauptspeicher kann nie groß genug sein und die CPU nie schnell genug. Es lassen sich für alles immer sinnvolle Anwendungsfälle finden. Man dringt nur in immer neue Bereiche vor, die man vorher nie in Erwägung gezogen hätte. Bezahlbar sollte es sein und die Stromrechnung sollte nicht zu hoch werden.

Wer hätte 1987 gedacht, auf einem Computer 2000 Stunden Musik zu haben oder Bilder mit 16 Megapixeln und 48 bit Farbtiefe zu bearbeiten? Oder Video zu bearbeiten oder zu schneiden?

Genauso sieht es in der Photographie aus. Wenn man ISO 6400, IS und 15-55 mm/1:3,5-5,6 hat, dann finden sich auch dort viele Motive, die mit einem lichtschwachen Objektiv nicht gehen, aber mit einem 30 mm/1:1,4 , 50 mm/1:1,4 oder 50 mm/1:1,8. Und es gibt auch dann immer noch die gleiche Anzahl von Situationen, in denen auch das nicht ausreicht. Dort träumt man dann von 50 mm/1:0,7 ;-)

Für Landschaftsaufnahmen bei Sonnenschein benötigt man das nicht, aber Aufnahmen in der Nacht und bei schlechten Lichtverhältnissen in Innenräumen sind dann schnell an der Grenze des Machbaren, wenn man mit
55 mm/1:5,6 arbeiten will.

moon1883 schrieb:
Ich bekomme ja RAWs aus meiner Kamera und keine Photonenzählung...

Ein perfekter Sensor liefert Dir die Anzahl der absorbierten Photonen. Wenn im Raw auf der Position (1256,2134) eine 6 steht, dann hat das Pixel (1256,2134) 6 Photonen absorbiert.

Sensoren dieser Art gibt es schon, leider aber nur als Einzelsensoren und nicht als Zeile oder Matrix. Gute Sensoren haben Quanteneffizienzen zwischen 50% und 80% für mittlere Wellenlängen. Man kommt damit schon in die Nähe des theoretischen Grenzwertes.

Siehe:
* http://en.wikipedia.org/wiki/Avalanche_photodiode
* http://sales.hamamatsu.com/assets/applications/SSD/Characteristics_and_use_of_SI_APD.pdf

Das "Zeug" als Matrix, eine Drei-Chip-Lösung oder gestackte Lösung a la Sigma, damit könnte man in die Nähe von ISO 51200 kommen.

Wenn man in 20 Jahren auf einem Sensor einer 700 g-Kamera mal so kurz 160 GByte zwischenspeichern kann, sind mit diesen Sensoren auch variable Belichtungszeiten möglich, d.h. helle Passagen brauchen keine Rücksicht auf dunkle Passagen zu nehmen, egal wie dunkel die dunkelste Stelle ist, die hellste wird z.B. mit 1/125 s belichtet, die mittleren mit 1/16 s und die tiefen Schatten mit 1/4 s (und total verwackelt).

Nachteile haben die Sensoren natürlich auch. Sie mögen nicht zu viel Licht (Überbelichtung läßt sich nicht durch kurze Belichtungszeiten verhindern, sondern nur über Blende oder Graufilter) und das Rauschen steigt bei sehr kurzen Belichtungszeiten an (1/4000 s erlaubt z.B. nur noch ein SNR von 70, egal wie hell es ist). Für Ultrakurzzeitaufnahmen sind die Teile ungeeignet.

Beaker80 · 4 Januar 2006

Oh mein Gott, was habe ich da nur los getreten!?

Aber vielen Dank für Eure Mühe und Ausführungen!

Frank Klemm · 4 Januar 2006

AlexanderK schrieb:
Also an die Vorstellung einer Kamera Kaliber 1D mit 70-200 (von mir aus auch das lichtschwächere /4) und dann Live-Bild auf Display mag ich mich nicht gewöhnen... dürfte auf die Dauer schwer zu halten sein...

Wenn man richtig empfindliche Sensoren hat, dann will man kein Mattscheibenbild mehr haben. Selbst eine perfekte Mattscheibe schafft es vielleicht 5 bis 10% der Photonen in ein dunkel adaptiertes Menschenauge zu transportieren. Dieser Wert wird auch kaum zu verbessern sein, weil man immer einen Kompromiß zwischen Helligkeit und Abfall der Helligkeit bei nicht exakt mittigem Blick durch das Okular schließen muß.
Sind dann die Sensoren noch deutlich empfindlicher als das Auge, dann gibt es durchaus Situationen, in denen auf dem Livebild noch viel zu sehen ist, die Mattscheibe aber schon (für Menschen) vollkommen dunkel ist.

Dann mögliche IR- oder UV-Beleuchtung sind noch nicht eingerechnet.

Allerdings sind EVF nur dann wirklich eine Konkurrenz zur Mattscheibe, wenn die hochauflösend (>1 MP), schnell (Latenzzeit <15 ms, Bildrate >30 fps) und hell werden und mit einer großen Austrittspupille versehen werden.

Eine nette Idee wäre auch ein XVF, ein externer Viewfinder, der z.B. über IEEE 802.11 mit der Brille kommuniziert. Besser als jedes schwenkbare Display.

wcm_wanderer · 4 Januar 2006

Ne Festbrennweite mit IS wäre auch net schlecht...

AoD · 4 Januar 2006

Also an meiner 350D will ich ungern auf die 1.4er Lichtstärke verzichten. Ich finde das Sucherbild beim 17-40er schon sehr dunkel. Draußen mag das kein Problem sein bei gutem Wetter. Aber ich habe mal ein paar Testfotos im gut beleuchteten Laden schießen können, das hat mir vorerst gereicht. Zumindest für Innenräume habe ich meine Schwierigkeiten mit dem Gedanken an f/4.

ewm · 4 Januar 2006

Frank Klemm schrieb:
Ein perfekter Sensor liefert Dir die Anzahl der absorbierten Photonen. Wenn im Raw auf der Position (1256,2134) eine 6 steht, dann hat das Pixel (1256,2134) 6 Photonen absorbiert.

Sorry Frank, aber das halte ich schlichtweg für falsch. Kein Rawkonverter zeigt die Photonenanzahl an. Normalerweise werden an der von Dir beschriebenen Cursorposition die Helligkeitswerte der drei Farben RGB, normiert auf 256 Stufen pro Farbe angezeigt.

Ein weiteres Gegenargument. Dreht man die ISO-Empfindlichkeit hoch, werden diese Helligkeitswerte schon bei geringerer Beleuchtung erreicht. Die Photonen wissen davon aber nichts.

Sicher gibt es theoretische Betrachtungen zwischen der Anzahl der "aufgeschlagenen" der Photonen auf ein Sensorelement und der ausgelesenen Ladung der, aber das ist eine interne Sache des Sensors. Das wird sich imho mit Sicherheit nicht direkt aus der Kamera auslesen lassen und ist eh für die Bildauswertung irrelevant.

Ich lasse mich aber gern belehren

Gruß
ewm

Thesian · 4 Januar 2006

wcm_wanderer schrieb:
Ne Festbrennweite mit IS wäre auch net schlecht...

Kauf dir halt ne Dynax D

c-bra · 5 Januar 2006

wenns 25600er sensoren gibt, dann hoffentloich auf basis von wechselsensoren. denn ich kann mir nicht vorstellen, dass es ein sensor schafft sowohl bei 100 als auch bei 25600 perfekt zu funktionieren

hboy · 5 Januar 2006

c-bra schrieb:
wenns 25600er sensoren gibt, dann hoffentloich auf basis von wechselsensoren. denn ich kann mir nicht vorstellen, dass es ein sensor schafft sowohl bei 100 als auch bei 25600 perfekt zu funktionieren

und schon sind wir bei Mittelformat und den Rückteilen

juli29 · 5 Januar 2006

c-bra schrieb:
wenns 25600er sensoren gibt, dann hoffentloich auf basis von wechselsensoren. denn ich kann mir nicht vorstellen, dass es ein sensor schafft sowohl bei 100 als auch bei 25600 perfekt zu funktionieren

Vor ein paar/etlichen Jahren konnte man sich auch nicht vorstellen das es Vollformatchips geben wird, das es über 16 Megapixel gibt, das man mit einem 8MP Chip 8 Bilder/sec schafft, das es so rauschfreie 12MP mit VF-Chip gibt usw. usf.
Was heute technisch unmöglich scheint, kann übermorgen schon ein alter Hut sein...

Frank Klemm · 5 Januar 2006

MrJudge schrieb:
Vor ein paar/etlichen Jahren konnte man sich auch nicht vorstellen das es Vollformatchips geben wird, das es über 16 Megapixel gibt, das man mit einem 8MP Chip 8 Bilder/sec schafft, das es so rauschfreie 12MP mit VF-Chip gibt usw. usf.
Was heute technisch unmöglich scheint, kann übermorgen schon ein alter Hut sein...

Richtig. Technische Limitierungen können übermorgen schon ein alter Hut sein. Genau deswegen sind ja physikalische Grenzen interessant. Ist man von den physikalischen Grenzen nur um den Faktor 2 oder 1,1 entfernt oder sind noch 10 Größenordnungen Spielraum?

Physikalische Limits sind die beugungsbedingte Auflösung und das Schrotrauschen von Photonen.

mrdigital · 5 Januar 2006

ewm schrieb:
Sorry Frank, aber das halte ich schlichtweg für falsch. Kein Rawkonverter zeigt die Photonenanzahl an. Normalerweise werden an der von Dir beschriebenen Cursorposition die Helligkeitswerte der drei Farben RGB, normiert auf 256 Stufen pro Farbe angezeigt.

Ein weiteres Gegenargument. Dreht man die ISO-Empfindlichkeit hoch, werden diese Helligkeitswerte schon bei geringerer Beleuchtung erreicht. Die Photonen wissen davon aber nichts.

Sicher gibt es theoretische Betrachtungen zwischen der Anzahl der "aufgeschlagenen" der Photonen auf ein Sensorelement und der ausgelesenen Ladung der, aber das ist eine interne Sache des Sensors. Das wird sich imho mit Sicherheit nicht direkt aus der Kamera auslesen lassen und ist eh für die Bildauswertung irrelevant.

Ich lasse mich aber gern belehren

Gruß
ewm

Und was bedeutet das konkret? Da wo es hell ist hat es viele Photonen, und wo es dunkel ist weniger. Der Helligkeitwert, den ein Sensor liefert, ist i.d.R. ein 12Bit Wert, der Sensor selbst ist farbenblind. D.h. im Raw hast du eine Photonenzählung, einzig ein Umrechnungsfaktor muss noch angewendet werden, dieser Faktor ist letzlich die ISO Empfindlichkeit des Sensors.

mandifoto · 5 Januar 2006

ewm schrieb:
Sorry Frank, aber das halte ich schlichtweg für falsch. Kein Rawkonverter zeigt die Photonenanzahl an. Normalerweise werden an der von Dir beschriebenen Cursorposition die Helligkeitswerte der drei Farben RGB, normiert auf 256 Stufen pro Farbe angezeigt.

kann mir auch nicht vorstellen, dass eine Digi-Cam das kann, was ein Photonenmeßgerät auch kann

ewm schrieb:
Ich lasse mich aber gern belehren

ich mich auch ...

ewm · 5 Januar 2006

mrdigital schrieb:
Und was bedeutet das konkret? Da wo es hell ist hat es viele Photonen, und wo es dunkel ist weniger. Der Helligkeitwert, den ein Sensor liefert, ist i.d.R. ein 12Bit Wert, der Sensor selbst ist farbenblind. D.h. im Raw hast du eine Photonenzählung, einzig ein Umrechnungsfaktor muss noch angewendet werden, dieser Faktor ist letzlich die ISO Empfindlichkeit des Sensors.

Der "Umrechnungsfaktor" zwischen der Photonenanzahl und in den RAWs hinterlegten Helligkeitswerten wird wohl eher aus einer ganzen Reihe von Faktoren bestehen.
Eine "ISO-Empfindlichkeit" des Sensors gibt es imho nicht. Die ISO-Stufung wird mit der Verstärkung der nachgeschalteten Elektronik realisiert.

Gruß
ewm

Gast_22751 · 5 Januar 2006

Rein physikalisch macht der Fotosensor nichts anderes als Lichtwerte zu messen und Licht sind auftreffende Photonen.

Frank Klemm hat schon recht mit der Aussage, dass der perfekte Sensor jedes Photon einzeln erkennen kann. Derzeit machen die Sensoren dies in abgespeckter Form, sie messen Strom, welcher durch Photonen verursacht wird.

Frank Klemm · 5 Januar 2006

c-bra schrieb:
wenns 25600er sensoren gibt, dann hoffentloich auf basis von wechselsensoren. denn ich kann mir nicht vorstellen, dass es ein sensor schafft sowohl bei 100 als auch bei 25600 perfekt zu funktionieren

Wenn 25600 ASA eine noch akzeptable Qualität hat, dann ist 1600 ASA quasi rauschFREI und weniger als 800 ASA benötigt kein Schwein.

Solche Kameras sollten dann entweder 1/16000 s unterstützen oder ein Graufilter sollte einschwenkbar sein, um bei zu viel Licht des Lichts Herr zu werden und auch mit weitgehend offener Blende (2,8) noch arbeiten zu können.
Das ist wesentlich PREISWERTER und wesentlich EINFACHER zu handhaben als der Wechsel und die Justage der Rückwand.

Wenn es Fragen betreffs Wechsel des Sensors gibt, dann eher in die Richtung
* 800...25600 ASA, 4 MP, max. 12 Bilder/s
* 400...12800 ASA, 8 MP, max. 6 Bilder/s
* 200...6400 ASA, 16 MP, max. 3 Bilder/s
Bei Sensoren mit geringem Read-Out-Noise ist aber selbst das Unsinn, ein 16 MP-Sensor kann dann elektronisch in einem 4 MP-Sensor umgerechnet werden und hat keinerlei Vorteile gegenüber einem echtem 4 MP-Sensor.

Ein weiteres Problem für Extrem-AL-Spezialisten bleibt aber auch hier: Ein 4 MP-Sensor oder gar 2 MP-Sensor braucht keine für 16 MP geeignete Optiken. Bei 1000 ?
für ein 50 mm-Objekt bekommt man bei einem für ein 32 MP ein 50 mm/1:2,4-Objektiv, bei 16 MP ein 50 mm/1:1,4-Objektiv, bei 2 MP ein 50 mm/1,0-Objektiv als Optimum heraus.

ewm · 5 Januar 2006

thaluke schrieb:
Rein physikalisch macht der Fotosensor nichts anderes als Lichtwerte zu messen und Licht sind auftreffende Photonen.:

Das hat auch keiner hier bestritten. Es ging darum, daß die Photonenzahl nicht im RAW-Programm angezeigt wird, sondern daß das (normierte) Helligkeitswerte sind.

Gruß
ewm

frankyboy. · 5 Januar 2006

Nightstalker schrieb:
wobei mir schon auffällt, dass kaum noch lichtstarke Linsen neu vorgestellt werden....

tja warum wohl, weil diese optiken doch eh schon ausgereizt sind und eine weiterentwicklung auch sehr teuer ist, ich kann jetzt nur für nikon sprechen hier kamen die letzten jahre:
das 2,8 17-55, das 2,0 200, das 4,0 200-400 allesamt sensationelle weiterentwicklungen, aber bitte wer kauft sich ein neues ich sage mal 2,8 300er wenn er bereits für teures geld eines hat nur weil dieses ebentuell 200g weniger gewicht hat.
wichtiger für alle hersteller ist es doch, den consumerbereich ausreichend abzudecken

Lichtstarke Optiken vor dem Aus?

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