Gleicher Sensortyp: Rauschverhalten bei RAWs unterschiedlich ?

Hallo zusammen,

Ich brauche eure Hilfe bei einer grundsätzlichen Richtungsfrage.

Ich möchte meine Nikon D80 ersetzen, bei der mich das Rauschverhalten schon ziemlich gestört hat (ISO 800+ nicht mehr zufriedenstellend).

Von einem Freund habe ich testweise seine Nikon D700 ausgeliehen und bin nun mit dem Bildrauschen bei gleicher ISO sehr viel zufriedener. Nun habe ich dabei natürlich Äpfel (D80: 10 Mpx APS-C Format CCD Sensor) mit Birnen (D700: 12 Mpx Vollformat CMOS-Sensor) verglichen. So eine Birne soll allerdings auch in der teureren Nikon D3 enthalten sein.

Was ich noch nicht kapiere und daher gerne Euch fragen möchte:
- Wenn ich RAW-Bilder fotografiere, wendet die Kamera dann schon irgendwelche Rauschreduzierungs-Algorithmen auf die Bilder an oder nicht ?

(Also gibt es beispielsweise zwischen der Nikon D3 und der Nikon D700 im Rauschen einen Unterschied, wenn sie beide den gleichen CMOS-Sensor haben ?)

Viele Grüße und schon mal Danke
Matthias

Soweit ich weiß ist der Sensor in einer FX-Format Kamera um einiges größer als der einer DX Kamera.
Somit ist der Abstand zwischen den einzelnen Pixeln größer und das Rauschen vermindert sich.

Ich habe persönliche keine erfahrung mit den Kameras aber:

Wenn ich mir den Vergleich auf DXO anschaue:
http://www.dxomark.com/index.php/Ca...rand2)/Nikon/(appareil3)/438|0/(brand3)/Nikon

Würde ich auf eine sehr ähnliche ISO-Performance zwischen D3 und D700 ausgehen. Erst mit der D3s hat Nikon in dem Bereich etwas verbessert.
Ich finde jetzt den Artikel nicht mehr aber DXO vermutet auch das Nikon eine leichte bearbeitung des RAW vor nimmt.

Zu Deiner konkreten Frage würde ich sagen das ein Unterschied in der Iso-Performance nur im Labor feststellbar ist und im Gebrauch nicht sichtbar ist.

Das eine D3 andere Vorteile gegenüber der D700 hat sollte auch klar sein.

Gruß
Rainer

Qualitativ sollen sich die Bilder der D3 wirklich nicht von denen der D700 unterscheiden - zumindest diversen Tests und vielen Treads hier im Forum nach zu urteilen. Die Unterscheide zwischen den beiden Modellen liegen eher woanders als in den Bildqualitäten.

Zur D3s hingegen soll es aber schon gute Unterschiede geben - man ließt und hört halt immer von "einer Blende mehr", die die D3s aufgrund geringeren Bildrauschens in hohen Isobereichen mitbringen soll.

Bei http://www.dpreview.com findest Du sicherlich noch mehr Infos zu diesem Thema.

Gruß!

Curnen schrieb:

Von einem Freund habe ich testweise seine Nikon D700 ausgeliehen und bin nun mit dem Bildrauschen bei gleicher ISO sehr viel zufriedener. Nun habe ich dabei natürlich Äpfel (D80: 10 Mpx APS-C Format CCD Sensor) mit Birnen (D700: 12 Mpx Vollformat CMOS-Sensor) verglichen. So eine Birne soll allerdings auch in der teureren Nikon D3 enthalten sein.

Was ich noch nicht kapiere und daher gerne Euch fragen möchte:
- Wenn ich RAW-Bilder fotografiere, wendet die Kamera dann schon irgendwelche Rauschreduzierungs-Algorithmen auf die Bilder an oder nicht ?

(Also gibt es beispielsweise zwischen der Nikon D3 und der Nikon D700 im Rauschen einen Unterschied, wenn sie beide den gleichen CMOS-Sensor haben ?)

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Servus Matthias.

Die D80 hat einen CCD Sensor, die D700 einen CMOS - das sind schon mal 2 verschiedene Verfahren.

Der Überbegriff "Rauschen" ist nichts anderes als der Sammelbegriff für Störungen jedweder Art, die eben nicht auf dem Bild sein sollten. Dabei gibt es viele Ursachen. Um nur ein paar zu nennen:

Shot noise: Tritt beim Auftreffen der Photonen auf den Sensor auf. Noise entsteht auch beim umwandeln der Photonen in Elektronen. Im Idealfall wird jedes Photon in ein Elektron umgewandelt (ist aber praktisch nicht erreichbar) Eine weitere Rauschquelle ist die Qualität des kleinen Kondensators pro Pixel der die Elektronen speichern soll.

Read Noise: Entsteht beim Auslesen der Elektronen bis zur Umwandlung in digitale Daten. Werden die Elektronen im Kondensator richtig "gezählt" (wie genau wird die Spannung gemessen)? Wie gut ist die Fähigkeit der Verstärkers die Spannung anzuheben (kommen Störungen dazu)? Jedes einzelne Pixel hat ein unterschiedliches Grundrauschen (Fix Pattern Noise). Die Qualität des Analog/Digital Wandlers soll korrekt und linear über den ganzen Spannungsbereich (und zum richtigen Zeitpunkt) die Spannung in Bits umwandeln. Auch wenn schon Bits da sind, gibt es Rauschursachen wie zum Beispiel Rundungsfehler oder die bei höheren ISO Werten nicht mehr abspeicherbaren Highlights (weil keine Bits mehr da sind, diese Helligkeiten zu repräsentieren). Um die notwendige Genauigkeit dazustellen: Pro ca. 3-4 Elektronen wird beim A/D Wandler um einen Zähler weitergezählt.
etc, etc, es gibt noch viel mehr "Rauschquellen"

Langer Rede, kurzer Sinn:
Da die D700, so wie die D3 und D3s die gleiche grundsätzliche Architektur aufweisen, sagt der Begriff "gleicher Sensor" nicht wirklich alles aus. Bei diesen Kameras ist der Sensor getrennt von der dem ganzen Bereich , der die ausgelesenen analogen Werte in digitale Werte umwandelt. D.h. die Umwandlung erfolgt erst sehr spät und außerhalb des Sensors. Ich vermute mal, daß Nikon für die D3 eher auf handverlesene Komponenten setzt um einfach die Spielräume in bei denen sich Fehler aufschaukeln können zu reduzieren. Beispielsweise kommt Banding bei höheren ISO Werten erst später.

Diese getrennte Architektur hatte auch ihr Lebensende erreicht. Der Nachfolger D4 hat einfach um den Read Noise runterzubringen einen neuen Sensortyp, bei dem die A/D Wandlung direkt auf dem Sensorchip stattfindet. (Man wird sehen wie effizient das gelöst wurde). Laut Professor Emil Martinec (der sich mit dem Thema sehr beschäftigt) kann ein Sensor ca. 14 Blendenstufen Belichtungsumfang abbilden (der Sensor selbst), jedoch gingen bei der letzten Kamerageneration wie D700 und D3 ca. 2 Blendenstufen im ganzen Auslesebereich wieder verloren.

Das bessere Rauschverhalten der D3s ggü. der D3 kam aus der Verbesserung des Sensors (Shot Noise wurde reduziert) bei gleich gebliebener Ausleselektronik (Read Noise blieb im großen und ganzen gleich).

Liebe Grüße,
Andy

Danke Andy,

die Erklärung ist wirklich bombig. Mir waren zwar die Quellen für Rauschen einigermaßen klar, wie das aber bei der Bauweise beeinflusst wird noch nicht so!

tranquilly schrieb:

Danke Andy,
die Erklärung ist wirklich bombig.

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Gern geschehen.

Nachtrag:
Ich habe früher geschrieben, daß sich bei vielen Nikon Kameras die höheren ISO Werte gemischt ergeben. D.h. es gibt nach wie vor zwei analoge Verstärkerstufen. Einen der die fixen Stufen 0, low (ab ISO 400) und High (ab ISO 800) steuert und einen variablen der die Drittelstufen dazwischen ermöglicht. Alles ab "Hi-irgendetwas" wird digital im der Firmware der Kamera hochgerechnet.

Korrektur:
Ich habe über die Silvesterferien mich nochmals durch den ganzen Themenkreis, WHitepapers, Scientific reports und -zig Threads von den hardcore Leuten wie Marianne Oelund, Emil Martinec, Bobn2, Roger Clark, etc quergeslesen.

So wie es aussieht, findet der Wechsel von analoger zu digitaler Verstärkung schon früher statt, nicht erst beim Wechsel von native ISO zu Hi Werten.

Die kolportierten Werte für die 3 Kameras sind:
D7000 - ab ISO 800 (oder 950)
D3, D700 - ab ISO 1600
D3s - ab ISO 3200

Wie gesagt, das sind die Werte auf Erbsenzählerbasis (oder besser Elektronenbasis). Für den normalen Alltag eines Fotograen ist man mit der Faustregel, ein ISO Wert unter dem maximalen Wert aus dem normalen Bereich, ganz gut aufgehoben.

Liebe Grüße,
Andy

Curnen schrieb:

Was ich noch nicht kapiere und daher gerne Euch fragen möchte:
- Wenn ich RAW-Bilder fotografiere, wendet die Kamera dann schon irgendwelche Rauschreduzierungs-Algorithmen auf die Bilder an oder nicht ?


Matthias

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Die Algorithmen (oder so ) sind in der RAW-Datei hinterlegt, finden aber nur bei Nikons RAW-Konvertern Berücksichtigung. Dies gilt auch für Einstellungen in der Kamera, wie Scharfzeichnung, etc. Bei anderen Konvertern finden sie keine Anwendung, bzw. werden oder können nicht gelesen werden, wie auch immer. Wenn eine Rauschreduzierung greift und Du das nicht willst, musst Du "Fremd-Konverter" benutzen.

@Andy,

Danke - war sehr hilfreich!

Michael.Doering schrieb:

@Andy,

Danke - war sehr hilfreich!

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Ich schnorre jetzt mal Text und schließ mich an.
Wolfgang

Jup! Danke Andy!
Sowas hab ich mir zwar schon gedacht, aber ne vernünftige Erklärung hatte ich bislang nicht. Wieder was gelernt

Danke allseits für euer Feedback

Ich bin zwar spät, aber ich hoffe nicht zu spät: DANKE DANKE DANKE für die aufschlussreichen Antworten.

Der Dankesreihe möchte ich mich auch anschließen. Was mich noch interessieren würde: in welchen Foren bzw. auf welchen Webseiten sind Marianne Oelund, Emil Martinec, Bobn2, Roger Clark, usw... unterwegs? Kenne mich selbst nur bzgl. digitaler Signalverarbeitung und Hochfrequenztechnik für drahtlose Kommunikation aus, d.h. genügend Grundlagen sind da, möchte mich in Zukunft aber in die digitale Signalverarbeitung & Co. für Kameratechnik einlesen. Hast du ein paar Tipps um in das Thema reinzukommen?

Gruß und Dank
Jens

Moechte mich auch bedanken fuer Beitrag und schliesse mich der Frage nach
weitergehenden Pointern an.

Einen Artikel von Emil Martinec aus 2008, der auf den ersten Blick einen sehr guten Eindruck macht, habe ich bereits gefunden: http://theory.uchicago.edu/~ejm/pix/20d/tests/noise/

Gruß Jens

Ich schicke euch später noch mehr Links, aber diesen hier will euch nicht vorenthalten. Bill Claff, Marianne Oelund und ein paar Andere die sich auch eigens RAW Analysesoftware geschrieben haben .... Illiah Borg ist der Author von librawc und ist einer der am längst "dienenden" Spezialisten zum Thema RAW Conversion

Ein aktueller Thread auf dpreview.com. Geht auch gleich um die D4.
http://forums.dpreview.com/forums/readflat.asp?forum=1021&thread=40299741&page=1

Have fun,
Andy

Nachtrag:
Jetzt kam auch noch Eric Fossum dazu. Der Erfinder des CMOS Bildsensors (den die meisten Kameras hier mittlerweile verwenden), und Gründer jener Firma, aus der dann über einige Umwege der Sensorhersteller Aptina entstand. Hat zwar nichts mit dem o.a. Thread zu tun, aber er ist auch an anderer Front noch aktiv dabei. Sein neuerster Forschungsvorschlag ist einen Quanta Sensor zu bauen, der bereits beim Auftreffen jedes einzelnen Photons die Digitalisierung durchführt. Würde viele analoge Probleme in die digitale Welt schieben, wo sie viel leichter gelöst werden können und als Nebeneffekt kann man dann auch die optische Grenze Beugungsunschärfe dann digital umgehen. Es braucht nur genügend Pixel (Giga)....

m00re schrieb:

Der Dankesreihe möchte ich mich auch anschließen. Was mich noch interessieren würde: in welchen Foren bzw. auf welchen Webseiten sind Marianne Oelund, Emil Martinec, Bobn2, Roger Clark, usw... unterwegs?

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Auf http://www.dpreview.com/

Roger Clark ist als Astronom einer einer Pionier der Digitalfotografie. Auf seiner Seite werden viele Forumsmythen aufgeräumt, diese Topseite gibt es schon bald sein 10 Jahren:
http://www.clarkvision.com/index.html

Emil Martinec ist ein Hochenergietheorie Prof aus Chicago, der sich vor ein paar jahren mit digitalem Rauschen auseinander gesetzt hat,
http://theory.uchicago.edu/~ejm/pix/20d/tests/noise/
Damit ist er sicherlich aus Berufsgründen durch die Analyse mit LHC oder Fermilan Daten vertraut.

Eric Fossum hat seit neuestem eine Professur an einem der renomierte
Ingenieur Colleges in den USA, dem Dartmouth College. Ein paar
interessante Präsentationen findet man unter
http://ericfossum.com/Presentations/Presentations.htm

Der CCD Sensor wurde 1969 von Willard S. Boyle and George E. Smith
entwickelt, die dafür 2009 den Physiknobelpreis erhielten.

Wie AndyE auch schon korrekt ausgeführt hat, gibt es große Unterschiede in den Sensoren. Auch darf man RAW Daten nicht mit den Sensor-Daten verwechseln. Sensoren lieferen immer nur analoge Informationen, die dann verstärkt und durch einen A/D Wander digitalisiert werden. Selbst bei identischen Fotodioden können durch unterschiedliche Verstärker und A/D Wandler unterschiedliche RAW Daten aufgenommen werden.

Der Fehler wurde schon vor 5-6 Jahren gemacht, als gemeint wurde, nur weil die D80 und die D200 10MP Sensoren haben, sollten diese gleich sein. Man muss da schon genauer hinsehen.

Ihr seht, es ist ein weites Feld.

Gruss
Frithjof