CCD vs. CMOS

[superbmario]

Ich dachte immer der CMOS hat weniger Dynamikumfang als ein CCD.

Bei Wikipedia verstehe ich genau das Gegenteil:

"Die Dynamik (die Spannweite zwischen dem schwächsten und dem stärksten noch einwandfrei aufgenommenen Signal) des CMOS-Chips liegt bedeutend höher als beim CCD-Chip, extreme Beleuchtungssituationen (z. B. aufgeblendete Autoscheinwerfer nachts in einem unbeleuchteten Tunnel) können mit bisher nicht erreichter Präzision dargestellt werden."

Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Videokamera

Kann das jemand aufklären?

 

[Otzuka]

CMOS ist auch kein Bildaufzeichner sonder beschreibt nur einen Halbleiterprozess. Es lässt sich aber nunmal relativ einfach mit diesem einen "Sensor" herzustellen. Es gibt verschiedene CMOS-Sensor Typen.
Das passive Pixel, aktive pixel, logarithmische Pixel und das digitale Pixel. In den meistens Consumer-Kameras findet man aktive Pixel Sensoren, aber selbst bei dennen gibt es große unterschiede (bei gleicher Pixelgröße). 3 Transitoren sind das minimum für einen solchen APS. Kann schnell das doppelte werden implementiert man noch ein paar "SNR-Verbesserer" ein. Auch das auslesen spielt eine Rolle. Analog und out of chip ADC oder column ADC.
Ein logarithmisches Pixel erreicht sogar einen Dynamic Range der denn des Menschen überschreitet!

 

[superbmario]

Das überfordert mich jetzt etwas. Ist die Aussage nach Wikipedia nun richtig? Oder kann man das so nicht sagen?

 

[Otzuka]

Das kann man nicht pauschalisieren. Es gibt CMOS-Sensore die haben einen geringeren DR als CCD, aber auch andersrum.

 

[superbmario]

Kann man evtl. eine Aussage treffen, wenn man den gleichen Preis als feste Größe nimmt? Das wäre ja bei Consumer Kameras vermutlich die beeinflussende Größe.
Mich interessiert das allerdings auch für den EInsatz einer Kamera für einen EyeTracker. Da ist sicher auch der Preis eine limitierende Größen, vielleicht aber auch anderes?

 

[herbie.t]

Heutzutage sind praktisch alle billigen (das muß nicht heißen, daß sie schlecht sind) Sensoren CMOS, weil man die im gleichen Prozess fertigen kann wie normale Logikchips (CPUs, Speicher, etc.). CCD braucht spezielle Prozesse ist also tendenziell teurer. Außerdem kann man bei CMOS gleich den A/D-Umsetzer mit integrieren, bei CCD braucht man dafür extra ICs.

 

[Question-Guy]

CMOS haben auch einen geringeren Stromverbrauch als CCD.

 

[superbmario]

Alles richtig und interessant, hat aber nichts mit der Frage nach dem Dynamikbereich zu tun.

 

[Maximus]

Alles richtig und interessant, hat aber nichts mit der Frage nach dem Dynamikbereich zu tun.

Indirekt schon, da aus anderen Gründen heute zumeist in der Fototechnik CMOS eingesetzt werden, werden diese auch stärker weiterentwickelt und verbessert. Es gibt aktuell einfach keinen Foto-CCD, der den gleichen Entwicklungsstand, wie die aktuellen Foto-CMOS Sensoren hat. Deswegen ist das praktische Vergleichen so gut wie unmöglich

 

[superbmario]

Da bin ich jetzt auch nicht weiter... Beim Vergleich Canon Powershot S95/S110 (CCD/CMOS) wird schon deutlich, dass der CMOS weniger Dynamikumfang hat, dafür aber besseres Rauschverhalten.

Nach dem was in Wikipedia steht und hier dazu geschrieben wurde, ist es entweder umgekehrt oder in der Form nicht vergleichbar.

Ist es dann vielleicht so, dass man aus dem CMOS (theoretisch) mehr Dynamikumfang herausholen könnte als aus einem CCD?
Andererseits wenn man zu identischen Kosten vergleicht, dann bei gleichem Niveau der CCD (noch) etwas mehr Dynamikumfang aufweist als ein CMOS?

 

[herbie.t]

Alles richtig und interessant, hat aber nichts mit der Frage nach dem Dynamikbereich zu tun.

Indirekt schon, da aus anderen Gründen heute zumeist in der Fototechnik CMOS eingesetzt werden, werden diese auch stärker weiterentwickelt. Es gibt aktuell keinen Foto-CCD der den gleichen Entwicklungsstand wie die aktuellen Foto-CMOS Sensoren hat. Deswegen ist das praktische Vergleichen so gut wie unöglich

Dem stimme ich zu.

Im wesentlichen wird der Dynamikbereich ja am oberen Ende durch die Full-Well Kapazität der Pixelzelle und am unteren Ende durch das Rauschen bestimmt. Ich sehe keinen technisch physikalischen Grund, warum da die eine oder andere Technik (CMOS oder CCD) einen prinzipiellen Vorteil haben sollte. (Das gilt für "normale" (lineare) Pixelzellen. Spezielle logarithmische oder lin-log HDR Zellen lassen sich meiner Kenntnis nach nur im CMOS Prozess herstellen.)

Die CMOS Technik hat aber in den letzten Jahren enorme Fortschritte insbesondere im Rauschverhalten gemacht. Das geht so weit, daß manche Sensoren einzelne Photonen zählen können. Diese Fortschritte hängen sicher auch damit zusammen, daß die Fertigung bei CMOS einfacher ist.

Schlußfolgerung: Ja, heute erhältliche CMOS Sensoren für Foto und Video haben einen höheren Dynamikbereich als CCDs (und auch sonst im Allgemeinen bessere Eigenschaften).

 

[Maximus]

Da bin ich jetzt auch nicht weiter... Beim Vergleich Canon Powershot S95/S110 (CCD/CMOS) wird schon deutlich, dass der CMOS weniger Dynamikumfang hat, dafür aber besseres Rauschverhalten.

Das lässt sich so stringent gar nicht trennen, da sich der Dynamikbereich im fotografischen Alltag hauptsächlich durch das Rauschen der fast abgesoffenen (und dann nachträglich aufgehellten) Tiefen im Bild äußert.

 

[Nightshot]

Außerdem kann man bei CMOS gleich den A/D-Umsetzer mit integrieren

Habe ich bisher aber auch noch bei keiner Fotokamera gesehen. Diese Möglichkeit wird eigentlich nur bei den AF Sensoren verwendet.

 

[andieymi]

Es gibt aktuell einfach keinen Foto-CCD, der den gleichen Entwicklungsstand, wie die aktuellen Foto-CMOS Sensoren hat. Deswegen ist das praktische Vergleichen so gut wie unmöglich

Hmm, ich kenn mich mit Sensortechnik nicht überdurchschnittlich aus, aber die M9 müsste doch einen CCD haben. Gegen die Bildqualität spricht doch nichts? Genau so wenig wie bei der S2 und der H5D?

 

[superbmario]

Zuerst mal danke für die Beiträge. Ihr versorgt mich ja mit ungeahnten Informationen...

An anderer Stelle habe ich herausgelesen, was passiert, wenn die Bilder meiner S110 (CMOS) am oberen Ende (Full Well) keine Details mehr hergeben (Blooming).

Ein gutes Beispiel sind bei einer kürzlich entstandenen Aufnahme einer älteren Person die weißen Haaren bei denen Stellenweise nur noch weiße Flächen erkennbar sind. Die betreffende Person saß unter einem Dachfenster bei vollem Sonnenschein. Da das Fenster nicht groß genug ist, um den gesamten Raum zu erhellen, war der Dynamikbereich schnell ausgereizt.

Im konkreten Fall fällt das jedoch mehr an den weißen Haaren auf, da die dunkelste Fläche ein blaues Bekleidungsstück war, bei dem das Aufhellen eher unkritisch ist.

Die gleiche Aufnahme habe ich mit der S110 (CMOS) und der S95 (CCD) gemacht und ein deutlich besseres Ergebnis mir de S95 erzielt. Beim Vergleich CCD/CMOS ist in diesem Fall die Dynamik des CCD scheinbar höher. (Zumindest wenn ich alles richtig verstanden habe.)

Blooming (also das "Überschwappen" überschüssiger Ladung auf benachbarte Zellen) soll aber eher ein CCD-spezifisches Problem sein. Das liegt wohl daran, dass moderne CMOS Sensoren ein Anti-Blooming-Gate zum Abführen überschüssiger Ladungen haben.

Hier kommen wir also wieder darauf zurück, dass CMOS-Sensoren auf Grund der Fortentwicklung im Vorteil sein können. Hier ist das teilweise erklärt: http://www.vision-doctor.de/kamera-grundlagen/kamera-elektronik.html

Wenn man nun jedoch berücksichtigt, das der CMOS der S110 12,1 MP "beherbergt", der CCD der S95 jedoch "nur" 10MP (bei gleicher Sensorgröße) könnte dies ein Grund für das weniger starke Blooming bei der S95 sein.

Habe ich das jetzt richtig geschlussfolgert, oder alles Blödsinn?

 

[burkhard2]

An anderer Stelle habe ich herausgelesen, was passiert, wenn die Bilder meiner S110 (CMOS) am oberen Ende (Full Well) keine Details mehr hergeben (Blooming).

Ich glaube, du verwechselst hier blooming und gewöhnliche ausgefressene Lichter. Blooming tritt normalerweise erst auf, wenn die Pixel massiv überbelichtet werden (Sonne, helle Lichter nachts) und äußert sich in hellen Streifen, die genau senkrecht oder waagrecht (je nach Ausleserichtung) über das Bild gehen (http://de.wikipedia.org/wiki/Blooming). Ein kleiner Unterschied in der Belichtung oder in der Sensorempfindlichkeit kann bei ausgefressenen Lichtern schon einen großen Unterschied machen.

Die gleiche Aufnahme habe ich mit der S110 (CMOS) und der S95 (CCD) gemacht und ein deutlich besseres Ergebnis mir de S95 erzielt. Beim Vergleich CCD/CMOS ist in diesem Fall die Dynamik des CCD scheinbar höher. (Zumindest wenn ich alles richtig verstanden habe.)

DxO kommt da zu anderen Ergebnissen — bei niedrigster ISO sind beide Kameras praktisch gleich, bei höheren ISOs liegt die S110 deutlich vorne (Measurements -> Dynamic Range).

Blooming (also das "Überschwappen" überschüssiger Ladung auf benachbarte Zellen) soll aber eher ein CCD-spezifisches Problem sein. Das liegt wohl daran, dass moderne CMOS Sensoren ein Anti-Blooming-Gate zum Abführen überschüssiger Ladungen haben.

Anti-Blooming-Gates gibt es bei modernen CCD-Sensoren. Bei den üblichen CMOS-Sensoren tritt Blooming schon aus Prinzip nicht auf.

L.G.

Burkhard.

 

[superbmario]

Ich habe die DxO Ergebnisse angeschaut, da ich die Aufnahmen bei ISO 80 gemacht habe passt die Aussage zwar zu der dargestellten Tendenz, der angesproche Detailverlust (Haare) könnte dann aber eine andere Ursache haben.

Bleibt aber immernoch die Frage, wodurch werden gewöhnliche ausgefressene Lichter in der beschriebenen Lichtsituation verursacht.

EDIT: Ich beschreibe hier ooc jpegs, DxO vergleicht RAW.

 

[schubbser]

Solange Du nicht auf die echten RAW-Dateien der Kameras zurückgreifen kannst macht es meiner Meinung nach keinen Sinn Deine Bilder zu vergleichen.

Bleibt aber immernoch die Frage, wodurch werden gewöhnliche ausgefressene Lichter in der beschriebenen Lichtsituation verursacht.

Bei der Situation mit den hellen Haaren unter dem Fenster wirds wohl auf Überbelichtung und somit volllaufen der Farbkanäle rauslaufen.

Schau Dir doch mal das Histogramm zum Originalbild an, bzw. kontrolliere das Bild mal mittels EBV + aktivierter Überbelichtungswarnung.

 

[superbmario]

Solange Du nicht auf die echten RAW-Dateien der Kameras zurückgreifen kannst macht es meiner Meinung nach keinen Sinn Deine Bilder zu vergleichen.

Für mich schon, da das Ergebnis der S95 in dem Fall einfach besser ist.

Bei der Situation mit den hellen Haaren unter dem Fenster wirds wohl auf Überbelichtung und somit volllaufen der Farbkanäle rauslaufen.

Der Verdacht liegt nahe. Allerdings weshalb ist das Ergebnis bei der S95 dann besser?! (Die Belichtungswerte sind identisch.)

Schau Dir doch mal das Histogramm zum Originalbild an, bzw. kontrolliere das Bild mal mittels EBV + aktivierter Überbelichtungswarnung.

Was ist EBV?

 

[schubbser]

Mit Belichtungswerten meinst Du doch bestimmt die Kameraeinstellungen.
Also gleiche ISO-Blende-Zeit.

Da es überall Abweichungen gibt darf man dann nicht unbedingt annehmen, dass jeder Sensor 100%ig gleiche Werte liefert, bzw. jede Kameraelektronik hier gleiche Werte interpretiert und aufzeichnet.

Toleranzen finden sich in der Elektronik und vermutlich in der Firmware die dann letztlich das Bild zusammensetzt. Ein weiteres Problem wird dann noch die JPG-Engine der Kamera sein, die sich dann zusätzlich einmischt und ein Bild erzeugt, das den Kamerabesitzer zufrieden stellen soll. Und gerade beim erstellen des JPG wird dann an vielen einzelnen Parametern gedreht um ein gutes, meist nicht übergroßes JPG mit ordentlicher Schärfe zu bekommen. Auch beim Schärfen/Kontrast anpassen werden dann unter Umständen Partien in Bildern, die kurz vor der Überbelichtung waren im ungünstigsten Fall zum ausbrennen gebracht.

In Deinem Fall gehts eigentlich nicht unbedingt darum, welcher Sensor Vorteile hat, sondern welche Sensor-Elektronik-Software-Kombination die besseren Bilder liefert

EBV = elektronische Bildverarbeitung

Die Freeware JPG-Illuminator hat die Überbelichtungswarnfunktion eingebaut.