Unterschiede zwischen großen und kleinen Pixeln - Farbempfindlichkeit, Dynamik, Rauschen

Dieser Thread wurde aus dem Diskussionsthread zur D750 ausgelagert.
by ManniD

ManniD schrieb:

Natürlich sind die Unterschiede in der Realität kleiner als das, was uns die Werbung und User weiß machen möchte. Aber hier geht es im ja ums Hobby.

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Wenn ich mir allerdings Beispiele im Netz ansehe, kommt bei mir allerdings der Eindruck auf, das eine D800 bei hohen ISOs durchaus sehr viel schneller die richtigen Farben verliert als eine D4 oder gar die Sony A7s. Auch Probleme wie z.B. Banding in den Schatten wird von dem DxOMark Rating nicht erfasst.

AW: Nikon D750 - Diskussionsthread

DrZoom schrieb:

Wenn ich mir allerdings Beispiele im Netz ansehe, kommt bei mir allerdings der Eindruck auf, das eine D800 bei hohen ISOs durchaus sehr viel schneller die richtigen Farben verliert als eine D4 ...

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Das ist meiner Meinung nach technisch bedingt.


Unter gleichen aufnahmeseitigen Bedingungen wie Beleuchtungsituation, Blende, Belichtungszeit kann, bei gleicher Sensorfläche ein Sensor mit größeren Pixeln (= geringerer Auflösung) mehr Photonen empfangen.

Setzt man eine optimale Belichtung voraus, bedeutet die Eigenschaft mehr Photonen zu empfangen auch ein Mehr an differenzierbarer Information.


Ich übertreibe jetzt mal mit folgendem Beispiel:

- ein Meter ausgemessen mit einem Lineal mit Millimetereinteilung ergibt 10x mehr Genauigkeit als mit einem Lineal mit Zentimetereinteilung ausgemessen



Zurück zum Bildsensor:

Die durch die Photonen erzeugte Ladung ist also unter gleichen Belichtungsbedingungen bei verschieden großen Pixeln unterschiedlich.

Bis zu einer bestimmten Photonenmenge = elektrische Ladung kann die Verstärkung des nachfolgenden elektrischen Verstärker an den nachfolgenden Analog- Digital- Wandler angepasst werden.

Bei einer bestimmten Empfindlichkeit = ISO- Vorgabe ist das analoge Signal ausgereizt. Eine weitere Verstärkung bringt keinen Nutzen.

Dann wird "digital verstärkt".

Man verschiebt also zur ISO- Steigerung nur noch die (z.B. 12 bzw. 14) Bits um eine Stelle nach rechts -> macht jeweils eine volle ISO- Stufe

Schwere Kost?

Naja... Vergleichen wir es mal mit dem optischen und digitalen Zoom. Die Unterschiede brauche ich sicher nicht zu beschreiben


Zurück zu den verlorenen Farben bei höheren ISOs:

Die D4, D4s, Df haben größere Pixelflächen und sammeln mehr Photonen- Informationen.

Damit hat die Kameraelektronik eine höhere analoge Informationsspanne, bevor sie in den reinen digitalen Modus ( siehe meinen Vergleich zwischen optischem Zoom und digitalem Zoom) übergeht.


Das Resultat ist eine höhere Dynamik oder in anderen Worten mehr Tonwerte bei den Kameras mit großen Pixeln und hohen ISOs.

Gruß
ewm

AW: Nikon D750 - Diskussionsthread

ewm, so Leid es mir tut, wenn ich mir das so durchlese, kommt der Eindruck auf, dass Du technisch wenig Ahnung zu haben scheinst - oder es nicht gut beschreiben kannst. Du schmeisst hier so einiges durcheinander, Signal, Ausleserauschen, Signal-Rausch-Abstand....

Die FX-Sensoren fangen alle mehr oder weniger gleich viele Photonen ein, die Sensorflaeche ist ja gleich und dank der Mikrolinsen geht auch fast nichts mehr auf den Stegen zwischen den Pixeln verloren. Die geringer aufloesenden Sensoren fangen pro Pixel mehr Photonen ein, haben aber auch weniger Pixel - im Endeffekt ein Nullsummenspiel. Allerdings: Wenn das Ausleserauschen pro Pixel gleich ist, dann ist der niedriger aufloesende Sensor ohne Anwendung von Rauschunterdrueckungsmechanismen im Vorteil. Das entspraeche dann aber nicht Deinem Beispiel mit dem Lineal mit Millimeter- bzw. Zentimetereinteilung (welches ich in dem Zusammenhang nicht verstehe, die D800 hat ja die genauere "Einteilung"), sondern dem Ausmessen eines Meters mithilfe eines 10-cm-Lineals (10mal messen, 10mal Fehler machen) anstatt eines Meterstabes. Die Fehler summieren sich auf.

Nach der Rauschreduzierung kann das allerdings anders aussehen, da die Rauschreduzierungsalgorithmen auf mehr Daten zurueckgreifen koennen, auch wenn die verrauscht sein moegen.

AW: Nikon D750 - Diskussionsthread

Bisher war es eigentlich so, dass bei gleich großen Sensor das Modell mit mehr MP noch in den 4-stelligen ISO nach Runterrechnen auf die gleiche MP Zahl sogar was besser war. rauschen gleich, aber detailreicher.
Erst bei sehr hohen ISO, zB ab 25000, waren dann Modelle mit 12 MP (D3s) oder 16 MP besser. Aber natürlich auch schon nicht mehr so doll. Allerdings sind so hohe ISO auch bei denen nur mit Einschränkungen nutzbar.

AW: Nikon D750 - Diskussionsthread

Char schrieb:

ewm, so Leid es mir tut, wenn ich mir das so durchlese, kommt der Eindruck auf, dass Du technisch wenig Ahnung zu haben scheinst - oder es nicht gut beschreiben kannst. Du schmeisst hier so einiges durcheinander, Signal, Ausleserauschen, Signal-Rausch-Abstand...

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Dazu erspare ich mir eine Antwort.

Char schrieb:

...Die geringer aufloesenden Sensoren fangen pro Pixel mehr Photonen ein, haben aber auch weniger Pixel - im Endeffekt ein Nullsummenspiel...

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Ist es nicht.

Es ging bei meiner Antwort um die Feststellung, warum höher auflösende Sensoren nach dem Eindruck des Fragestellers mit zunehmender ISO- Einstellung weniger "richtige Farben" zeigen als niedriger auflösende.

Und genau das ist eben kein Nullsummenspiel, sondern eine Frage der Menge der pro Pixel eingefangenen Photonen.

Ich mach das mal an zwei Extrembetrachtungen fest:

Ein FX- Sensor mit nur einem lichtempfindlichen Element wird x-mal mehr Photonen einfangen und damit y-mal mehr Helligkeitsstufen darstellen können als ein örtlich-ultra-hochauflösender FX- Sensor mit Sensorzellen, die schon mit einem aufgefangenen Photon "gesättigt" sind.

Bezogen auf die gleiche Chipfläche mag die, ich nenne es einfach mal "Bandbreite = Produkt aus örtlicher Auflösung und Helligkeitsauflösung" vergleichbar sein.

Betrachtet man aber eine der beiden Eigenschaften, also örtliche Auflösung oder Helligkeitsauflösung, so unterscheiden sich beide Extrembeispiele gewaltig.

Der örtlich-ultra-hochauflösende Sensor wird nämlich nur eine Helligkeitsstufe darstellen können. Dagegen wird der Sensor mit nur einem Riesenpixel nur eine Ortsinformation liefern, die aber hinsichtlich der Helligkeit mit sehr viel höherer Auflösung.

Aus diesen Extremfällen kann, zumindest ich ableiten, warum ein Sensor mit größeren Pixeln eine höhere Ausbeute an Helligkeitsstufen liefern wird als ein gleich großer Sensor mit kleineren Pixeln, der eine höhere örtliche Auflösung liefert, aber eben weniger Helligkeitsinformation.


Und somit wird beim örtlich niedriger auflösendem Sensor mehr analoge Helligkeitsinformationen zur Verfügung stehen und somit erst ein paar ISO-Stufen höher der "Trick" der rein digitalen ISO- Erhöhung auf Kosten der Dynamik angewandt werden muss.


Soweit zu meiner, wohl technisch beschränkten Sicht der Dinge

Gruß
ewm

AW: Nikon D750 - Diskussionsthread

ewm schrieb:

Aus diesen Extremfällen kann, zumindest ich ableiten, warum ein Sensor mit größeren Pixeln eine höhere Ausbeute an Helligkeitsstufen liefern wird als ein gleich großer Sensor mit kleineren Pixeln, der eine höhere örtliche Auflösung liefert, aber eben weniger Helligkeitsinformation...

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Sehr gut beschrieben
Viele reduzieren ein Bild/Sensor nur auf Rauschen. Dabe liefert sogar die D800 bei ISO6400 und mehr ein gutes Rauschen. Für mich persönlich sind es mehr die schwache Dynamik und die "Farbverschiebung"/Farbdarstellung, die mich bei hohen ISO's stören.
Sogar zwischen D800 und D610 sah ich schon Unterschiede. Was aber die D610 hier schon geleistet hat, reicht mir persönlich schon aus. Und wenn die D750 ähnlich gut ist, bin ich mehr als nur zufrieden.

AW: Nikon D750 - Diskussionsthread

@ewm:

In heutiger Zeit ist die Sensoren, egal ob von Vollformat, APS-C oder mft, sind alle so weit fortgeschritten, so daß mit der Rauschen keine Sorgen mehr machen muss. Wer unbedingt Astrofotografie alle Sterne festhalten will, dann muss eben die rauschärmste Kamera nehmen. Punkt.

Alle anderen, die im Alltag fotografieren sind mit extremen High-ISO (>6400 ISO) wirklich schnurzegal! Auf dem Druck oder auf dem Bildschirm sieht man keinen oder kaum Unterschied zwischen schlechteren Bildsensor und die besten Bildsensor (nicht die Nase an der Monitorscheibe kleben und jede einzelne Pixel abzählen, sondern als ganzes Bild zu betrachten). Und auf dem Druck ist der Rauschen unauffälliger als auf dem Bildschirm.

Die Formeln oder Mathematik ist mir völlig uninteressant, ich fotografiere ein Bild mit der Einstellung ISO, Belichtungszeit und Blende und das passende Licht und fertig!

P.S. Fotografie -> „malen mit Licht“ und nicht "malen mit Dunkelheit"

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DerAdlerwolf schrieb:

Alle anderen, die im Alltag fotografieren sind mit extremen High-ISO (>6400 ISO) wirklich schnurzegal! Auf dem Druck oder auf dem Bildschirm sieht man keinen oder kaum Unterschied zwischen schlechteren Bildsensor und die besten Bildsensor

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Doch das siehst du. Mach mal zwei gleiche Aufnahmen mit eine OM-D E-M1 bei ISO6400 und dann mit einer Df, auch bei ISO6400, und vergleiche die beiden Aufnahmen auf Farben, Rauschen, Details etc.

Die Formeln oder Mathematik ist mir völlig uninteressant, ich fotografiere ein Bild mit der Einstellung ISO, Belichtungszeit und Blende und das passende Licht und fertig!

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Das tun wir alle, nur hat jeder seine eigenen Ansprüche
Für einen "passt's", für den anderen "passt ned"

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ewm schrieb:

Aus diesen Extremfällen kann, zumindest ich ableiten, warum ein Sensor mit größeren Pixeln eine höhere Ausbeute an Helligkeitsstufen liefern wird als ein gleich großer Sensor mit kleineren Pixeln, der eine höhere örtliche Auflösung liefert, aber eben weniger Helligkeitsinformation.

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vibo-photodesign.de schrieb:

Sehr gut beschrieben

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Tatsaechlich ganz huebsch beschrieben, aber leider falsch. Der hochaufloesende Sensor mit Pixeln, die maximal ein Photon aufnehmen koennen, kann naemlich genau [Anzahl Pixelelemente] Helligkeitsstufen unterscheiden. Ich muss einfach nur komplett mitteln - zu Deutsch: Die Anzahl Pixel zaehlen, die ein Photon eingefangen haben, und durch die Gesamtzahl der Pixel teilen. Je nachdem wie fein aufgeloest das Ganze ist, eventuell etwas anders, aber die Gesamtzahl der Photonen auf der gesamten Sensorflaeche kannst Du so bestimmen, genauso wie es dein ein-Pixel-Sensor kann.

Praktisches Beispiel: Wenn Du ausrechnen willst, wie viel der Landflaeche Deutschlands mit Strassen bedeckt ist, nimmst Du einfach eine Pixelkarte (Sattelitenkarte) Deutschlands und entscheidest fuer jeden Pixel, ob da Strasse ist oder nicht (analog zu: 1-Photonen-Sensorelement, das entweder ein Photon einfaengt oder eben nicht). Am Ende zaehlst Du die Pixel mit Strasse und teilst die gefundene Anzahl durch die Gesamtpixel. Wuerde mich nicht wundern, wenn das in der Praxis so gemacht wird.

Das Ganze hat das Problem des Ausleserauschens, das fuer jeden Pixel auftritt. Hatte ich bereits beschrieben, aber die D800 z.B. hat ein deutlich geringeres Ausleserauschen pro Pixel als die D700, daher liefert sie auch bessere Bilder. Was Du beschreibst, erklaert sehr gut, warum ein hochaufloesender Sensor auf Pixelebene mehr rauscht. Aber es geht hier ja nicht um 100%-Ansichten. Und nach dem Verkleinern ist es wieder - weitgehend - egal.


Von der Tatsache, dass die D750 mehr Pixel hat als die D3s oder D4s, kannst Du also keinesfalls darauf schliessen, dass sie mehr rauschen oder schlechtere Farben produzieren wuerde.

AW: Nikon D750 - Diskussionsthread

vibo-photodesign.de schrieb:

Doch das siehst du. Mach mal zwei gleiche Aufnahmen mit eine OM-D E-M1 bei ISO6400 und dann mit einer Df, auch bei ISO6400, und vergleiche die beiden Aufnahmen auf Farben, Rauschen, Details etc.

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Aber nur, wenn du ziemlich sehr nah am Monitor oder mit superhoch-qualitativen Hochglanzdruck anguckst, wirst du etwas merken. Für mich zählt die Betrachtung eines ganzes Bild und nicht jede einzelne, winzige Ausschnitte!

Aber Rauschen (=Filmkörnchen) gehört auch zum Fotografie dazu! *retrofeeling*

Immer sterile, rauschfreie Fotos ist auch langweilig, oder

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vibo-photodesign.de schrieb:

Doch das siehst du. Mach mal zwei gleiche Aufnahmen mit eine OM-D E-M1 bei ISO6400 und dann mit einer Df, auch bei ISO6400, und vergleiche die beiden Aufnahmen auf Farben, Rauschen, Details etc.

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Die beiden unterscheiden sich aber im wesentlichen in der schieren Sensorgröße, nicht unbedingt in deren Qualität.

AW: Nikon D750 - Diskussionsthread

@Char:

Ich bin zwar auf diesem Gebiet technisch nicht der allerbeste, aber ich verstehe euch beide
Und mir ist ganz ehrlich nicht so wichtig, ob nun du Recht hast oder ewm, letztendlich ist es für uns Fotografen eher zweitrangig.
Fakt ist, momentan ist es zumindestens bei Nikons aus der aktuellen Serie so, dass sich weniger Pixel positiv auf Farben und Rauschen bei hi iso auswirken.

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DerAdlerwolf schrieb:

Aber nur, wenn du ziemlich sehr nah am Monitor oder mit superhoch-qualitativen Hochglanzdruck anguckst, wirst du etwas merken. Für mich zählt die Betrachtung eines ganzes Bild und nicht jede einzelne, winzige Ausschnitte!

Aber Rauschen (=Filmkörnchen) gehört auch zum Fotografie dazu! *retrofeeling*

Immer sterile, rauschfreie Fotos ist auch langweilig, oder

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Im Groben und Ganzen hast du Recht. Dennoch sind kleine Sensoren nix für meine Ansprüche, aber eine gute Bildqualität liefern sie natürlich schon.

AW: Nikon D750 - Diskussionsthread

vibo-photodesign.de schrieb:

Und mir ist ganz ehrlich nicht so wichtig, ob nun du Recht hast oder ewm, letztendlich ist es für uns Fotografen eher zweitrangig.

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Char hat recht.

vibo-photodesign.de schrieb:

Fakt ist, momentan ist es zumindestens bei Nikons aus der aktuellen Serie so, dass sich weniger Pixel positiv auf Farben und Rauschen bei hi iso auswirken.

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Warum soll sich ausgerechnet die Zahl der Pixel der Grund für "Farbfehler" sein? Warum nicht die Auslegung des Bayer-Filters, der Weißabgleich (gerade bei wenig, und oft "buntem" Licht), die Datenaufbereitung?

AW: Nikon D750 - Diskussionsthread

Waartfarken schrieb:

Warum soll sich ausgerechnet die Zahl der Pixel der Grund für "Farbfehler" sein? Warum nicht die Auslegung des Bayer-Filters, der Weißabgleich (gerade bei wenig, und oft "buntem" Licht), die Datenaufbereitung?

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Wie gesagt, ich kenne mich mit dieser Technik (Photone... Protone... Neutrone...) nicht aus.
Aber im Groben stimmt es schon, dass je kleiner die Pixeldichte eines Sensors ist, umso besser das Rauschen und die Farbwiedergabe.
Das beste Beispiel dafür ist die Sony A7s

PS: kommen wir nicht zu weit vom eigentlichen Thema (Nikon D750) ab?

AW: Große u. kleine Senseln - Farben, Dynamik u. Rauschen

Hab den Strang um Farben, Dynamik und Rauschen mal aus dem Diskussionsthread zur D750 ausgelagert.
Sollte man noch den Titel ändern bevor ich den in den Technikbereich schiebe?

AW: Große u. kleine Senseln - Farben, Dynamik u. Rauschen

Mir fallen bei der Df die feinen Farbübergänge und Kontraste aus, wenn ich das einmal so beschreiben kann. Das behält sie auch bei hohen ISO, sagen wir ISO 6400, bei, wo der Sensor der D7000, den ich aus der D5100 kenne, noch ein angenehm rauschendes Bild erzeugt, aber die Feinheiten bei den Farben und Kontrasten längst verloren gehen. Das sieht man durchaus, wenngleich es beeindruckend ist, was auch der DX Sensor hier zu leisten vermag. Beide Kameras haben 16 MP.

Eine Filmartige Körnung mag ich übrigens sehr gerne.

AW: Große u. kleine Senseln - Farben, Dynamik u. Rauschen

Titel für Suche angepasst und Thread zum Technik-UF verschoben.

AW: Unterschiede zwischen großen und kleinen Sensoren - Farbempfindlichkeit, Dynamik, Rauschen

Das Rauschen ist ziemlich Sensel-Gößen-Unabhängig, Dynamik und Rauschen scheint bei den aktuellen Sensoren noch von der Sensel-Größe zu profitieren. Wie lange das noch der Fall ist, wird sich zeigen.

AW: Unterschiede zwischen großen und kleinen Sensoren - Farbempfindlichkeit, Dynamik, Rauschen

Borgefjell schrieb:

Das Rauschen ist ziemlich Sensel-Gößen-Unabhängig, Dynamik und Rauschen scheint bei den aktuellen Sensoren noch von der Sensel-Größe zu profitieren. Wie lange das noch der Fall ist, wird sich zeigen.

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Was ist nun mit dem Rauschen, abhängig oder nicht?