Jetzt knipsen die mit dem Foveon-Sensor auch noch Sterne...

[Skater]

Ich habe diese Diskussion hier sehr interessiert verfolgt.

Ich habe da eine Theorie, welche das Farbrauschen der SD's bei wenig Licht eventuell erklaeren koennte.

Wie der Ingo bereits weiter vorne angesprochen hat kann es sein, dass unsauberes Licht ankommt.
Dies kann man ja ganz einfach auf eine Unebenheit der Sensorschicht reduzieren, welche in der Dicke leichte Ungleichheiten aufweisen kann.
Wenn zum Beispiel eine Schicht in manchen Bereichen schon um Nanometer dicker ist, so kann diese dickere Schicht mehr Licht herausfiltern und dann bleibt natuerlich weniger Licht(Energie) fuer die darunterliegende Schicht uebrig.
Somit wird erstens diese Schicht mit mehr Infos versorgt und die Schicht darunter vermisst die richtigen Infos.

Hmm, was Du beschreibst wären Fertigungstoleranzen in der Sensorfertigung.
Die mögen durchaus vorhanden sein, aber sie würden glaube ich nicht die Farbrauschneigung erklären.

Das erklaert meiner Meinung nach das Farbrauschen (bei wenig Licht und in Schattenbereichen des Bildes, da einfach Informationen fehlen. Das allgemeine Rauschen bei hohen ISOs hat andere Gruende (Verstaerkung des Signals).

Gerade bei wenig Licht muss die Software dann eine Meisterleistung abliefern, um aus den Klecksen an uebriggebliebener Information ein ordentliches Farbbild zu errechnen.

Man muß sich wohl erst einmal darüber klar werden,
was das Farbrauschen eigendlich ist.

Meine These dazu ist:
der Rotsensor bekommt bei weißem Licht nur 1/3 der Lichtmenge ab, wie der Blausensor.
Wird das Licht schwach, oder sinkt der Rotanteil,
dann wird der oberste Sensor noch satt Licht haben,
während es beim untersten schon so knapp wird, das dieser rauscht.

Fällt aber jetzt z.B. das Rotsignal isoliert aus, oder wird es chaotisch,
dann stimmt die Farbigkeit des Gesamt-Pixels nicht mehr mit dem gemessenen Licht überein.

Der an sich weiße Pixel wird z.B. gelb oder Grün statt weiß.
Der Foveon schwächelt dann in einzelnen Farbbestandteilen des jeweiligen Sub-Pixels, nicht etwa insgesamt.

Fertigungstoleranzen, die Du beschreibst, würden ja nur geringfügige Abweichungen zwischen den Pixeln bedeuten.
Außerdem müßten solche Toleranzen ja bei sämtlichen Bildern eines Sensors gleich ausfallen.

Ich denke, dass es das ist, was der Schreiber der Dcraw Software damit gemeint hat. Die Farbseparation jedoch funktioniert praechtig. Es sind nur unsaubere Informationen vom Sensor.

Da läuft ja noch mein kleiner Disput mit Fünfundachzig.
aber statt Deiner These tendiere ich eher dazu,
dass der vertikale Signaltransport vom Rot-Sensors
hoch zur Lichtseite des Sensors der rauschende Flaschenhals sein könnte.

...

(Hach, ich liebe solcherlei Diskussionen)

Gruss,

Jan

Ich auch!

Schönen Gruß
Pitt

 

[Skater]

Dann sag mir mal bitte, was ich in Frage stelle wenn ich feststelle, dass die Farbseparation über das Silizium nicht ausreichend ist? ...

Seufz, ich zitiere mal lieber weniger, um das Ganze hier etwas abzukürzen:

Zunächst mal, definiere doch bitte mal,
was genau Du überhaupt unter Farbseparierung verstehst:

Damit es einfacher wird hier meine Definition:

"Ein Verfahren, das die reale Lichtfarbe in seine RGB-Bestandteile zerlegen und messen kann."

Wenn Du nun also die Ansicht vertritts,
dass die Farbseparation über das Silizium "nicht ausreichend" ist,
dann solltest Du mir vielleicht kurz auch noch erläutern, was genau Du damit meinst.

Wie genau soll sich das z.B. äußern?

"Nicht ausreichend" kommt bei mir nämlich etwa so rüber:
Die vom Sensor gelieferten Daten enthalten für sich nicht alle
erforderlichen Infos, um ein RGB-Bild zu generieren.
Demnach müßte ja wohl irgendwas geraten werden.

Schönen Gruß
Pitt

 

[lumischa]

http://https://www.dslr-forum.de/showthread.php?t=317148
hier haben wir schon einmal drüber diskutiert,ab seite 4ff.

von motionride

Die Farbseparation jedoch funktioniert praechtig. Es sind nur unsaubere Informationen vom Sensor.

das ist eben die frage.
für mich gibt es zwei mögichkeiten,bei beiden müssen die signale verstärkt werden,was rauschen zur folge hat:

-entweder funktioniert die farbtrennung nur unzureichend.diese annahme verdichtet sich langsam,deshalb kommt nach dem wandler auch nur so ein dunkles,relativ farbloses bild raus.
-oder durch den schichtaufbau geht viel energie flöten,so dass zu wenig lichtinformation ankommt.

eins von beiden oder ein misch aus beidem verursacht jedenfalls das rauschen,was im zusammenhang mit der generellen annahme von redfox(durch kompakten aufbau sich störende signale=grundrauschen) steht.
wir kriegen ja nicht immer das rauschen,sondern nur in schwachlichsituationen.die hier ankommende lichtenergie ist klein,muß verstärkt werden und damit auch leider das böse grundrauschen,denn eine entkopplung dieser signale gibt es nicht.

dieses prinzip(ungewollte verstärkung des grundrauschens/auch wärmeabhängig) verursacht natürlich auch beim bayer sensor das rauschen.

die besondere rauschanfälligkeit des foveons muß also zwangsläufig in zusammenhang mit den besonderheiten dieses sensortyps stehen.

und da wäre einmal die andere gewinnung der farbe und der schichtaufbau.
mit einem oder beiden dieser merkmale muß das zusätzliche rauschen also zusammenhängen.
generell sind die informationen des sensors nicht unsauber,sondern unzureichend in bezug auf die energiemenge,die ohne verstärkung zur sauberen trennung der kanäle nötig wäre.

von skater

Fällt aber jetzt z.B. das Rotsignal isoliert aus, oder wird es chaotisch,
dann stimmt die Farbigkeit des Gesamt-Pixels nicht mehr mit dem gemessenen Licht überein.

generell scheinst du aber ein vertreter der generellen annahme zu sein,dass die ursachen fürs rauschen mit den verlusten im schichtaufbau zu tun haben,weniger mit der unpräzisen farbseparation.
ich glaube,dass du dich mit deinen konstruktionen etwas verrennst,bis hin zur nichtverstehbarkeit,s.o.
wenn z.b.kein rotes licht in der unteren schicht ankommt,dann ist auch keins da.warum dann aus weiß grün oder gelb werden soll,kann ich nicht nachvollziehen.
wenn ich der schichtigkeit die schuld gebe,dann aus dem einfachen grund der schädlichen absorbtion von lichtenergie.
würde sich,wie du schon immer richtig sagst,primär in der tiefsten,also für rote lichtwellen zuständigen schicht bemerkbar machen.
wenn nun also die roten informationen verstärkt werden müssen,haben wir deshalb ein rotrauschen?
möglicherweise ist eine rgb-grundrauschanfälligkeit omnipräsent,so dass das rauschen insgesamt zunimmt,egal ob nun eine spezielle farbe verstärkt werden muß.

um nun insgesamt die rechenleistung der engine zu entlasten und damit vielleicht auch mal nen schnelleren durchzug der dateien zu ermöglichen,halte ich es für eine vorrangige aufgabe von sigma,signalverstärkungen hinter dem sensor soweit es geht zu minimieren.meinetwegen können sie ja noch ein paar brenngläser vor dem sensor installieren

 

[teebaum]

Ich hänge mal ein altes Schemabild an.
Ich hoffe es wird deutlich was ich meinte.

Schönen Gruß
Pitt

das ist nun wirklich interessant!
das erklärt für mich auch, wesshalb es zu farbverschiebungen kommen kann, wenn in einer schicht übersteuerungen vorkommen (die 2te und 3te schicht werden sicher mit grösserer verstärkung ausgelesen und können so auch clippen, wenn wenn die darüberliegende nicht clippt).
eine übersteuerung von schicht 3 führt dann auch zu einer überhöhung des signals von schicht 2, der fehler wird also doppelt so schlimm! das selbe bei schicht 2 im bezug auf schicht 1.
vielleicht führt dies zu dem speziellen verhalten bez. belichtung, wo man bei starken rotanteilen etwas unterbelichten, ansonsten aber durchaus etwas überbelichten darf... etwas, das man bei anderen dslr tunichst unterlassen sollte.
noch etwas zum luminanzsignal:

blau ist schicht1 (s1) - schicht2 (s2)
grün s2 -s3
rot s3

rgb ist blau (s1-s2) + grün (s2-s3) + rot (s3) = s1
ob du schicht 1 nimmst oder rgb zusammenzählst, dürfte somit aufs selbe herauskommen (alles andere währe auch komisch)!

 

[fünfundachzig]

Zunächst mal, definiere doch bitte mal,
was genau Du überhaupt unter Farbseparierung verstehst:

Mit Farbseparierung über das Silizium meine ich die farbfilternde/ farbtrennende Eigenschaft des Siliziums die dafür sorgt, dass bei der zweiten Sensorschicht nur noch grün/rot ankommt und in der letzten nur noch rot (theoretisch). Ich gehe davon aus, dass diese Trennung nicht ausreichend sauber funktioniert und der Sensor deswegen ein recht graues/ farbloses Bild liefert. Diese Farben müssen verstärkt/ verbessert werden, was für das Rauschen sorgt. Reiss mal in PS die Farbsättigung hoch, dann fängs auch an zu Rauschen.

Grüße Ingo

 

[peterpaul]

Jede Farbe hat eine andere Wellenlänge. Die Blaue ist kurzwellig, die Grüne mittelwellig und die Rote ist langwellig. Ist nicht so, das die unterste Sensorschicht kriegt im Verhältniss zu den Blauen und Roten Lichtwellen weniger Lichtenergie, sondern genauso ca. gleich wie die obere Schichten für die anderen Farben. Gegenteil ist die Wahrheit, der Rote Signal ist ab und zu zu stark über die optimale Menge zu den anderen Farben und man muss darum um etwas bei der Belichtung nachsteuren und EV in die Richtung minus einstellen. Wann ist es nötig oder nicht liegt gerade auf den Erfahrungen des Fotograf und auf der roten Fläche / Grösse des roten Motivs.

 

[peterpaul]

... und auf der anderen Seite, wenn man kurz vor dem Fotografieren bei vorhandenem Tageslicht oder Mischlicht oder Kunstlicht / oder Abendstimmungen, egal ob das Fotografieren wird fünf Minuten dauern oder zwei Stundem, ist nur nötig aber nur einmal die SD14 auf das Motiv mit der WW kurzester Brennweite des Zoomes das Weissabgleich anpassen. Und ich garantiere das die folgenden Bilder und alle super werden.

 

[lumischa]

Jede Farbe hat eine andere Wellenlänge. Die Blaue ist kurzwellig, die Grüne mittelwellig und die Rote ist langwellig. Ist nicht so, das die unterste Sensorschicht kriegt im Verhältniss zu den Blauen und Roten Lichtwellen weniger Lichtenergie, sondern genauso ca. gleich wie die obere Schichten für die anderen Farben.

so zumindest ist die theorie.
demnach läge die ursache nicht in den energieverlusten,bedingt durch das silizium.
bei schwachlicht kommt generell wenig energie an,genau wie bei den bayer-sensoren.
beim foveon ist die lichtausbeute noch geringer unter der annahme,dass ein teil der vorhandenen lichtwellen nicht für die auswertung zur verfügung steht.
das ist der fall,wenn keine vollständige farbtrennung stattfindet,spektren von licht in den schichten hängen bleiben.
die schwachstelle hierfür könnte man in den einzelnen farbsensoren vermuten.
das silizium als umgebendes trägermaterial ist wahrscheinlich vollkommen unproblematisch.
wie es der foveon schafft,dass die rezeptoren nur bestimmte wellenlängen durchlassen,ist andererseits ein wohlgehütetes geheimnis.

 

[peterpaul]

Es ist kein Geheimnis sondern nur die Eigenschaften des Siliciums das lässt nur bestimmte Wellenlänge in nur bestimmte Tiefe des Siliciums. Darum ist auch für das Licht / Energie des Lichtes empfindlich. Jede Lichtfarbe erzeugt/umwadelt im Silicium seine eigene elektrische Signale, die nicht den aderen Farben/Signalen gleich sind.

 

[fünfundachzig]

das silizium als umgebendes trägermaterial ist wahrscheinlich vollkommen unproblematisch.

Eben das glaube ich nicht. Die Sensoren nehmen das eindringende Licht in exakt einer Tiefe/ Schicht des Siliziums auf. Die Separation des Lichts geschieht aber nur annähernd Schichtweise. D. h. egal wo man die Sensoren plaziert, man bekommt niemals "saubere" Informationen, sondern nur irgendwas in der Nähe davon. Und selbst das funktioniert nur, wenn man von 100% reinen Materialien und einer 100%igen Verarbeitung ausgeht - was sehr theoretisch ist. Toleranzen bei der Fertigung gibt es immer, egal bei was.

Grüße Ingo

 

[Der Junge mit der Nikon]

Der Mann hat einen Konverter für Foveon-Daten entwickelt und er schreibt, dass diese im Rohformat grau / farblos sind. Du spekulierst nur.

RAW-Daten sind immer farblos. RAW-Daten sind nämlich gar kein Bild, sondern lediglich die Aufzeichnung der einzelnen Pixel.

 

[Skater]

Mit Farbseparierung über das Silizium meine ich die farbfilternde/ farbtrennende Eigenschaft des Siliziums die dafür sorgt, dass bei der zweiten Sensorschicht nur noch grün/rot ankommt und in der letzten nur noch rot (theoretisch).

Naja, das ist genau der Punkt, an dem ich mich reibe.

Bei gutem Licht arbeitet die Silizium-Eindringtiefe als Farbtrennung unbestritten genauso gut wie Bayerfilter.
Nur bei Schwachlicht gibt es Probleme, weil da das Farbrauschen zuerst einsetzt, das der Bayer z.B. gar nicht kennt.

Schwachlicht-Schwäche bedeutet aber nun mal:
Rauschen - und zwar bei allen Sensoren!

Die Farbtrennung mag meinetwegen Toleranzen haben,
aber sie funktioniert - und zwar vollkommen ausreichend,
denn sonst würde man ja überhaupt keine guten Bilder mit Foveon-Technik machen können.

Ich gehe davon aus, dass diese Trennung nicht ausreichend sauber funktioniert und der Sensor deswegen ein recht graues/ farbloses Bild liefert. Diese Farben müssen verstärkt/ verbessert werden, was für das Rauschen sorgt. Reiss mal in PS die Farbsättigung hoch, dann fängs auch an zu Rauschen.

Grüße Ingo

Naja, und ich versuche lieber zu begreifen, wie und warum es zu diesem Farbrauschen kommt.
Ich glaube, dass mein Modell dies mit abdeckt,
Dein Modell aber im Gegenzug nicht erklären kann,
warum die Ergebnisse der Silizium-Farbtrennung bei Starklicht so gut werden!

Wie auch immer... schönen Gruß
Pitt

 

[fünfundachzig]

RAW-Daten sind immer farblos. RAW-Daten sind nämlich gar kein Bild, sondern lediglich die Aufzeichnung der einzelnen Pixel.

Genau das weiss man bei einem Foveon RAW eben nicht

Grüße Ingo

 

[fünfundachzig]

Bei gutem Licht arbeitet die Silizium-Eindringtiefe als Farbtrennung unbestritten genauso gut wie Bayerfilter.
Nur bei Schwachlicht gibt es Probleme, weil da das Farbrauschen zuerst einsetzt, das der Bayer z.B. gar nicht kennt.

siehe unten

Naja, und ich versuche lieber zu begreifen, wie und warum es zu diesem Farbrauschen kommt.
Ich glaube, dass mein Modell dies mit abdeckt,
Dein Modell aber im Gegenzug nicht erklären kann,
warum die Ergebnisse der Silizium-Farbtrennung bei Starklicht so gut werden!

• viel Licht bei wenig ISO = viel echte Information -> weniger Verstärkung der Farben notwendig, wenig Rauschen, gute Farben
• wenig Licht bei viel ISO = wenig echte Information -> mehr Verstärkung der Farben notwendig, viel Rauschen, miese Farben

Grüße Ingo

 

[peterpaul]

Ist doch klar. Aber die Toleranzen sind aber sehr sehr eng. Es handelt sich eben um die genaue Tiefe. Wenn es so nicht wäre, zB. bei den roten Zellen, kriegt man statt wunderschöne klare starke Rot eine Dunkelrot und weiter Infrarot usw. Oder von der Grünen Zellen Richtung Rot wird dann eine Mischung, also statt Rot Braun.
Darum ist auch in der Kamera vor dem Sensor ein Korrektur UV/IR Filter eingebaut, sonst ohne ihm kriegt man nur ein hellrotes Bild. Zuerst dann mit diesem Vorfilter wird das Bild so wie es wir sehen wollen - also nur sehbares Spektrum.

 

[peterpaul]

... wo kein Licht ist, ist auch nicht möglich fotografieren und auch man kriegt keine Rauschen, oder? Nur wo ein bisschen Licht noch ist kann man fotografieren und wo auf dem Bild noch mehr dunkele (unterbelichtete) Stellen sind rauscht. Rauscht, also was wir sehen können auf den ersten Blick? Überwiegend das Rauschen in Rot. Weil, sie ist bei der Dunkelheit nicht vorhanden, sie ist künstlich mit dem Kameraprogram erzeugt - Rot + Blau + Grün macht eigentlich Schwarz, oder?

 

[peterpaul]

In diesem Fall muss man die Belichtung der Kamera entweder auf Spotbelichtung einstellen und die dunkelste Stelle antippen und mit dem Knopf anhalten und die Kamera dann richtig auf das Motiv einrichten und belichten. Oder Histogramm studieren und Belichtungskorrektur bis + 2 EV einstellen und in SPP fertig machen. Wenn das Bild im diesem Fall überbelichtet wird werden auch die tiefsten Stellen des Bildes nicht unterbelichtet sondern nur heller und im SPP kriegen dann wieder die richtige eigene Dunkelheit aber ohne rauschen. Oder?

 

[Skater]

...

• viel Licht bei wenig ISO = viel echte Information -> weniger Verstärkung der Farben notwendig, wenig Rauschen, gute Farben
• wenig Licht bei viel ISO = wenig echte Information -> mehr Verstärkung der Farben notwendig, viel Rauschen, miese Farben

Grüße Ingo

Danke,
aber das was Du da gerade beschrieben hast,
ist keine mangelnde Farbtrennung, sondern eben Rauschen.

Das Dich störende Symptom beim Foveon, ist wohl eher die,
durchs Rauschen beeinträchtigte Farb-Balance der Schwachlicht-Bilder.

Um das zu erläutern schweife ich mal kurz zur Konkurrenz ab:

Beim Bayer rauscht es ja schließlich auch:
aber da dort jeder Pixel die gleiche Menge weißen Lichtes abbekommt,
sind die Messungen bei reinem Weißlicht 3-fach redundant
und rauschen auch bei fast allen anderen Farben viel gleichmäßiger.

Im Ergebnis bleibt dann ein mehr oder minder reines Luminanzrauschen übrig,
dass einerseits den meißten Betrachtern erst viel später auffällt
und andererseits auch noch eine gute Basis für Entrauschungs-Algorithmen bietet.

Der Foveon wird dagegen mit zunehmender Dunkelheit partiell farbenblind.
Und weil bei ihm alle Farben aus einander abgeleitet werden,
ist das Ganze dann leider nur so gut ist wie die schlechteste Teilmessung.

Und das stört stört, wegen seiner dann auch noch leider sehr auffälligen Falschfarben,
auch noch entsprechend schnell das Gesamtbild!

Aber das hat trotzdem nix mit der Farbtrennung zu tun,
jedenfalls nicht so, wie Du es meinst.


Schönen Gruß
Pitt

 

[fünfundachzig]

Danke,
aber das was Du da gerade beschrieben hast,
ist keine mangelnde Farbtrennung, sondern eben Rauschen.

Ich weiss. Du hattest explizit danach gefragt.

Grüße Ingo

 

[lumischa]

diesen anspruch von skater kann man auch garnicht erfüllen.es wird nirgends beschrieben,warum die farbtrennung so schlecht ist.
auf jeden fall kennen wir das ergebnis davon und mir scheint es auch sehr plausibel,hier die hauptursache für das foveonspezifische rauschen zu sehen.

annahme 1:
ich definiere die schlechte farbtrennung als unvollkommene trennung im quantitativen sinn.

die reinheit der drei grundfarben,die unter dieser annahme in die messung eingehen,würde ich nicht anzweifeln.es ist nicht so schwierig die sensorebenen entsprechend der gemessen eindringtiefe der entsprecheneden lichtwellenlängen zu positionieren.
hätten wir es mit unreinen daten zu tun,dann wären ja wohl eher filterungen als verstärkungen nötig,was allerdings keine rauschursache wäre.

in dem homogenen silikonblock sind drei sensorebenen installiert.
jede der einzelnen photozellen hat die aufgabe, die in der jeweiligen lage ankommende lichtwelle in elektrische energie umzuwandeln.
längere lichtwellen müssen aber durchgelassen werden.dazu muß der einzelne sensor zwischen kurz-und langwelligem licht unterscheiden können. möglich,dass hier die sache technisch unvollkommen abläuft,z.b.wegen der gesetzten toleranzen einige der ankommenden lichtwellen gar nicht gemessen werden.
dann hätten wir eine quantitativ unzureichende farbseparation,die letztendlich einen teil des rauschens verursacht.

annahme 2:

unzureichende farbtrennung im qualitativen sinn hat für mich weniger mit einer rauschrelevanz zu tun.

die rezeptoren sind zwar in der lage,genau zwischen den wellenlängen zu unterscheiden.es gibt keine quantitative beschneidung.
allerdings ist es jedoch technisch äußerst anspruchsvoll,die sensorebenen präzise zu positionieren.wenn das nicht gelingt,müssten permanente korrekturalgorythmen den falschfarben zu leibe rücken.
eine qualitativ unzureichende trennung liegt auch dann vor,wenn zwar eine optimierte positionierung vorliegt,aber keine optimale.diese wäre möglich bei absolut homogenem silizium.gibt es aber toleranzen in der eindringtiefe mangels materialreinheit,kann man den rezeptor nur optimiert positionieren,was zu fehlinterpretationen der gemessenen luminanz führt,d.h.
die entsprechende farbe wird später falsch dargestellt.

wenn allerdings die photozellen in der lage sind,präzise zwischen den lichtwellen zu unterscheiden,dann wäre das problem immer ein quantitatives.