Leserauschen in der Zukunft

[Gast_430858]

Gar keines.......

Eine zweite Variante, die auch mit 1-bit-Registrierung arbeiten könnte, nutzt die Stochastik nicht in der Zeitdomäne, sondern in der Ortsdomäne. Ein Sensor mit "nano-Pixeln" (Größe irgendwo unterhalb 500 nm) könnte per "Dithering-Registrat" ähnlich arbeiten, wie ein Farblaser (oder Tinte) im Output.

Danke!

Ich denke, die zweite Variante hat einen staerkeren Bezug zur Ausgangsfrage.
Welches Leserauschen waere dabei zu erwarten?


Gruesse,
Paul

 

[Mi67]

Ich denke, die zweite Variante hat einen staerkeren Bezug zur Ausgangsfrage.
Welches Leserauschen waere dabei zu erwarten?

Damit mit einem solchen Sensor ein zu aktuellen Sensoren zumindest vergleichbar gutes Signal erzeugt werden kann, wird man sich kaum ein Ausleserauschen leisten können. Wenn mit Stochastik (1-bit-Senseln) gearbeitet wird, wäre eine Matrix von Pixeln erforderlich, die per Bit-Setzung eine Information über die Poisson-Verteilung der Photonenabsorption ergibt. Kaum vorstellbar, dass dies mit nur einer einzigen "Schwellenempfindlichkeit", identischer Integrationszeit und homogen großen Senseln gelingen kann. Statt dessen müssten wohl mehrere Pixel in einer Umgebung unterschiedliche Sensitivitäten oder Integrationszeiten aufweisen, um eine halbwegs valide Information zur aktuellen Helligkeit (je Farbkanal) zu erhalten. Alternativ hätte man lokale Pixel-Arrays unterschiedlich großer "nano-Pixel", die eine Rekonstruktion der Helligkeit per binärer Registrierung erlauben. Welches Leserauschen dabei tolerabel respektive erreichbar wäre, kann ich nicht aus der Hüfte sagen. Alleine wenn man an Dunkelstrom denkt, kommen einem bei einem solchen Konzept schon massive Zweifel bez. einer praktischen Umsetzbarkeit auf.

Das Szenario könnte also ebenso fern liegen, wie jenes von mehreren Millionen APD´s auf einem KB-großen Sensor.

 

[Gast_430858]

Damit mit einem solchen Sensor ein zu aktuellen Sensoren zumindest vergleichbar gutes Signal erzeugt werden kann, wird man sich kaum ein Ausleserauschen leisten können.

Ok. Danke!



Gruesse,
Paul

 

[Frank Klemm]

Damit mit einem solchen Sensor ein zu aktuellen Sensoren zumindest vergleichbar gutes Signal erzeugt werden kann, wird man sich kaum ein Ausleserauschen leisten können. Wenn mit Stochastik (1-bit-Senseln) gearbeitet wird, wäre eine Matrix von Pixeln erforderlich, die per Bit-Setzung eine Information über die Poisson-Verteilung der Photonenabsorption ergibt. Kaum vorstellbar, dass dies mit nur einer einzigen "Schwellenempfindlichkeit", identischer Integrationszeit und homogen großen Senseln gelingen kann.

Ich konnte mir vor 20 Jahren auch noch nicht vorstellen, dass es in 20 Jahren Geräte gibt, die Speicherbandbreiten zum Hauptspeicher von 512 GByte/s haben. Übliche Rechner lagen bei 20 MByte/s. Highend bei 40 MByte/s.

Noch schlimmer, wenn ich 30 Jahre zurücksehe (Z80) oder 32 Jahre (was ist der Unterschied zwischen einem programmierbaren Taschenrechner und BASIC? Wozu brauche ich das?)

Ein "Wann-Schlug-das-erste-Photon-ein"-Sensor mit knapp 1 GPixel könnte ich mir vorstellen. Die Bildqualität müßte man mal simulieren.
Das SNR (bis zur maximalen Belichtungszeit) unabhägig von der Objekthelligkeit. Eine ISO-Empfindlichkeit gäbe es nicht.

 

[Mi67]

Ein "Wann-Schlug-das-erste-Photon-ein"-Sensor mit knapp 1 GPixel könnte ich mir vorstellen.

Ja, wobei das Timing "Wann-schlug-..." dann als Helligkeit interpretiert würde. Das verringert die erforderliche Matrixgröße erheblich.

Das Timing müsste wohl im zwei- bis dreistelligen MHz-Bereich liegen, klingt ja fast schon machbar.

 

[Frank Klemm]

Ja, wobei das Timing "Wann-schlug-..." dann als Helligkeit interpretiert würde. Das verringert die erforderliche Matrixgröße erheblich.

Das Timing müsste wohl im zwei- bis dreistelligen MHz-Bereich liegen, klingt ja fast schon machbar.

Nehmen wir

• 1000 Photonen / Mikropixel
• mit einer Pixelgroesse von 1,2 um (derzeitiger Wert bei Kompaktkameras)

Das entspricht etwa

• 25.000 Photonen / KleinbildsensorMit24MPixel.

Waere ein ordentlicher Wert.

• 1000 Photonen / Nanopixel entsprechen einem Erwartungswert und einer Varianz von 1 us fuer das erste Photon.
• Bei einer Abtastung mit wenigen Megahertz verschlechtert man das Signal nicht signifikant. Eine Abtastung mit 5 MHz erhoeht sich die Standardabweichung um 0,057 us. Die Gesamtstandardabweichung betraegt dann 1,00166... us (quadratische Addition). Entspricht einer Verschlechterung von ISO 600 auf ISO 601.
• Die Abtastung braucht auch nicht linear zu sein, es reicht eine exponentielle Kennlinie aus, da diese "20% zusaetzlicher Fehler erzeugt 0,167% zusaetzliche Standardabweichung" ueberall gilt. Bei 1 Mikrosekunde wie bei 1 Minute.

Diesen Zaehltakt wurde man irgendwo zentral erzeugen und verteilen.
Am besten gleich mit dem ExposureStart-Start-Signal verteilen.

___##########__#__#__#___#___#____#_____#______#________#__________#____________#_______________########
​

Das erste langes Signal setzt Zaehler zurueck und schaltet Zaehlen scharf.
Dann zaehlen alle Pixel die Impulse bis oder ab dem Eintreffen des ersten Pixels.

Weiter modifieren kann man, dass man nicht den Zeitpunkt des ersten Photons misst, sondern den des zweiten oder vierten oder achten Photons
und zusaetzlich die Photonenanzahl abspeichert.

Erhoeht man die Anzahl weiter, kommt man beim klassischen Vielphotonensensor mit zeitlicher Ueberlaufdetektion an.

Wahrscheinlich patentiert so was jemand in 5 Jahren.
Die Idee fuer so was ist aber uralt. Das Problem ist die Technologie.
Aber heutzutage werden ohnehin im wesentliche Probleme und nicht Loesungen patentiert.

Beispiel fuer solche Zeitpunkte (in us, 64 Stueck = 6 bit, bis 1/18 Sekunde Belichtungszeit ausreichend):
0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.44 1.73 2.07 2.49 2.99 3.58 4.30 5.16 6.19 7.43 8.92 10.7 12.8 15.4 18.5 22.2 26.6 31.9 38.3 46.0 55.2 66.2 79.5 95.4 114 137 165 198 237 285 342 410 492 591 709 851 1021 1225 1470 1764 2116 2540 3048 3657 4389 5266 6320 7584 9100 10921 13105 15726 18871 22645 27174 32609 39130 46956

Fuer laengere Belichtungszeiten wuerde man die Zeitpunkte etwas auseinanderruecken und den Fehler etwas vergroessern. Bei Vergroesserung von 1/5 auf 1/3 kommt man z.B. dann bis 2,5 Sekunden.
Aus ISO 600 wird dann ISO 603.

Welche Vorteile haette so ein Sensor?

• Helle Stellen werden weniger verwackelt, da kuerzer belichtet.
• dunkle Stellen rauschen weniger, da laenger belichtet.
• Belichtungszeit nachtraeglich einstellbar.

Nachteile:

• Man braucht hohe Aufloesungen. Aber vielleicht sind diese gerade damit machbar, da reine Digitaltechnik?
• Helle Bildstellen haben einen maessiges SNR, im Gegensatz zu aktuellen Sensoren, die dort zu extrem guten Werten auflaufen. Also eher Film like.
• "modulierter" Shutter. Helligkeit beeinflusst Abtastungszeitpunkt. Anfang, Ende wie Mittelwert.
• erhebliche Probleme mit schwankenden Lichtquellen (Blitz, LED).

 

[Balaleica]

Sucht mal im Netz nach "Eric Fossum" und "jots" ...