Quanteneffizienz, Photonenfluss und High-ISO, wo ist das Limit?

[burkhard2]

Wie gesagt, hat er noch mit den mangelnden ISOfähigkeiten der heutigen Kasmeras zu kämpfen, die zukünftig solche Bilder ohne Bewegungsunschärfen möglich machen werden.

Ist vielleicht ein bisschen OT, aber da wird sich nicht mehr viel tun, denn das Rauschen kommt heutzutage im hohen ISO-Bereich hauptsächlich von der Unregelmäßigkeit des Photonenflusses. Auch die Quanteneffizienz ist schon sehr hoch, so dass nur größere Sensoren wirklich weniger Rauschen bedeuten. Bei ISO 25600 ist bei den heutigen Kameras ein Pixel schon bei 100 bis 200 Photonen gesättigt, daraus kann man keine gute Bildqualität machen. Blitze werden wir also weiterhin brauchen.

EDIT: Dieser Thread wurde von einem Mod. ausgegliedert, dieser Post bezieht sich auf https://www.dslr-forum.de/showpost.php?p=10569802&postcount=21.

L.G.

Burkhard.

 

[LIMALI]

AW: Das Geheimnis guter Fotos mit Blitz - der Schachsinn mit ISO 1600

.....Bei ISO 25600 ist bei den heutigen Kameras ein Pixel schon bei 100 bis 200 Photonen gesättigt, daraus kann man keine gute Bildqualität machen. Blitze werden wir also weiterhin brauchen......

Hab ähnliches schon öfter gelesen. Nur, dass wir ausgerechnet in den Anfängen der Digitalfotografie schon am Ende sein sollen, mag ich nicht glauben.
Vor Jahren war langsames Internet über Kupferdraht nicht schneller möglich.
Da waren sich Alle einig. Heute ist die Geschwindigkeit darüber vervielfacht.
Genau so werden später die heutigen Bildsensoren den Anfängen der Digitaltechnik zugerechnet werden.
Was 10 oder 100 Generationen weiter sein wird, weiß heute kein Mensch. Annähernd Stillstand ist für mich das Unwahrscheinlichste.
Von der heutigen Sensortechnologie ausgehend, wird das was Du sagst Sinn machen. Dass es bei dieser Sensortechnik bleiben wird, bezweifle ich.

Oder aber Du behältst Recht und die Sache ist bereits eindeutig geklärt.
Das würde den allseits angestimmten Abgesang auf die großen/schweren Kombis verfrüht sein lassen (was er m.M. sowieso ist), weil die kleinen Systeme bereits an Ihrem natürlichen Ende angelangt sind.

 

[burkhard2]

AW: Das Geheimnis guter Fotos mit Blitz - der Schachsinn mit ISO 1600

Von der heutigen Sensortechnologie ausgehend, wird das was Du sagst Sinn machen. Dass es bei dieser Sensortechnik bleiben wird, bezweifle ich.

Was ich sage, hat aber wenig mit Sensortechnik, sondern in erster Linie mit der Physik des Lichtes zu tun (Lichtquanten). Da ist mittlerweile wenig Platz für Verbesserungen.

Um bei deinem Vergleich zu bleiben: Das Internet ist auch nicht schneller geworden, weil die Signale schneller durch die Leitung gehen (das geht schon immer praktisch mit Lichtgeschwindigkeit), sondern weil mehr Informationen pro Sekunde gesendet werden. Das entpricht eher einer Erhöhung der Sensorauflösung, und da haben wir das Maxium wahrscheinlich wirklich noch nicht erreicht.

L.G.

Burkhard.

 

[talpi]

AW: Das Geheimnis guter Fotos mit Blitz - der Schachsinn mit ISO 1600

Was ich sage, hat aber wenig mit Sensortechnik, sondern in erster Linie mit der Physik des Lichtes zu tun (Lichtquanten). Da ist mittlerweile wenig Platz für Verbesserungen.

Ja, da ist man langsam echt an einer harten Grenze angelangt. Verbesserung in Dynamik und Rauschverhalten ist praktisch nur noch über Vergößerung der nutzbaren Fläche pro einzelnes Pixel drin. Langfristig wird der Pixelpitsch für High-ISO Anwendungen wieder abnehmen müssen.

Allerdings bin auch ich vorsichtig geworden mit absoluten Aussagen. Jesmal wen man denkt jetzt gehts wirklich nicht weiter, kommt jemand ums Eck und hat eine Idee wie man das Problem umgehen kann. Z.B. indem kreativ irgendein (Quantenmechanischer) Effekt oder eine wirklich geschickte Heuristik genutzt wird. So war es z.B. mit der Taktrate von Mikrochips, da muss mittlerweile bei den Designs die Laufzeit des Taktsignals von einem Bauteil zum nächsten berücksichtigt werden oder näher an der Fotografie, mittlerweile werden die Dinger mit lithogrhraphischen Methoden in Strukturbreiten erzeugt, für die Dich vor 30Jahren jeder Experte für verrückt erklärt hätte..

 

[tabbycat]

AW: Das Geheimnis guter Fotos mit Blitz - der Schachsinn mit ISO 1600

Langfristig wird der Pixelpitsch für High-ISO Anwendungen wieder abnehmen müssen.

Hast du den letzten Beitrag nicht richtig gelesen: Die Auflösung ist das wo noch nicht das Ende der Fahnenstange erreicht ist . Außerdem bringen größere Pixel ja nicht per se mehr Licht ins Spiel, das geht nur über größere Sensoren. Die man bei gleicher Schärfentiefeanforderung wieder mehr abblenden müsste ... ein Teufelskreis ...

mfg tc

 

[Peingebreck]

AW: Das Geheimnis guter Fotos mit Blitz - der Schachsinn mit ISO 1600

Außerdem bringen größere Pixel ja nicht per se mehr Licht ins Spiel, das geht nur über größere Sensoren.

Ähm, doch. Größere Pixel nehmen mehr Licht auf.

Soll die Auflösung gleich bleiben, muss natürlich der Sensor wachsen.

 

[talpi]

AW: Das Geheimnis guter Fotos mit Blitz - der Schachsinn mit ISO 1600

Hast du den letzten Beitrag nicht richtig gelesen:

Das Du auch immer gleich so auf 180 bist, das ist der Lesekompetenz nicht förderlich..

Die Auflösung ist das wo noch nicht das Ende der Fahnenstange erreicht ist .

Langfristig wird der Pixelpitsch für High-ISO Anwendungen wieder abnehmen müssen.

Die beiden Aussagen stehen schlicht nicht im Wiederspruch, sie beziehen sich auf völlig Unterschiedliches. Die ertse sagt das immer kleinere Pixel möglich werden, die zweite nur, dass das zu immer schlechterem High-ISO-Verhalten führt.
Der Pixelpitch ist noch lange nicht am Ende, keine Frage, das zeigen ja schon die ganzen Handysensoren mit +8MP. Und ich bin auch davon überzeugt, das wir noch nicht das Ende des Megapixelrace gesehen haben. Nur sind solche Pixelmonster eben nicht für Schummerlicht geeignet, also wird es für eben diese Anwendung andere Sensoren geben müssen und die haben dann im Zweifel größere Pixel.

Außerdem bringen größere Pixel ja nicht per se mehr Licht ins Spiel, das geht nur über größere Sensoren. Die man bei gleicher Schärfentiefeanforderung wieder mehr abblenden müsste ... ein Teufelskreis ...
mfg tc

Niemand ausser Dir hat hier von größeren Sensoren gesprochen, oder überhaupt von der Sensorgröße (sondern nur von Sensortechnik und Quantenphysik).
Es geht um die Pixelgröße. In der Konsequenz bedeutet das, das wenn man nach heutigem physikalischem Wissenstand einen Sensor bauen möchte der auch bei ISO128000 noch gute Bilder macht (was Rauschen und Dynamik angeht) kann man eben nicht die minimal herstellbare Auflösung verwenden.

Nebenbei, ob ein größerer Sensor bei gleicher Tiefenschärfe ein Vorteil ist oder nicht dazu gibt es hier unzählige StreitThreads ..vom Fall das die Tiefenschärfe kein begrenzender Faktor ist, gar nicht zu reden..

 

[Maximus]

AW: Das Geheimnis guter Fotos mit Blitz - der Schachsinn mit ISO 1600

Die beiden Aussagen stehen schlicht nicht im Wiederspruch, sie beziehen sich auf völlig Unterschiedliches. Die ertse sagt das immer kleinere Pixel möglich werden, die zweite nur, dass das zu immer schlechterem High-ISO-Verhalten führt.

Diese Schlussfolgerung ist aber falsch, solange Sensor- und Ausgabegröße gleich bleiben.

 

[talpi]

AW: Das Geheimnis guter Fotos mit Blitz - der Schachsinn mit ISO 1600

Diese Schlussfolgerung ist aber falsch, solange die Sensor- Ausgabegröße gleich bleiben.

Meinst du mit Sensor- Ausgabegröße die Auflösung, also Megapixel, oder das Ausgabeformat des Endprodukts?

 

[Maximus]

AW: Das Geheimnis guter Fotos mit Blitz - der Schachsinn mit ISO 1600

Da fehlte ein "und"

 

[talpi]

AW: Das Geheimnis guter Fotos mit Blitz - der Schachsinn mit ISO 1600

Da fehlte ein "und"

Man Du lässt Dir ja alles aus der Nase ziehen. Erläutere doch mal welchen Aspekt Du überhaupt meinst, dann kann ich Dir auch adäquat antworten, wir sind doch hier nicht in der mündlichen Prüfung..

 

[n.nescio]

ich glaube nicht, daß bei vernünftigem design die pixelgröße irgendwas mit dem rauschen zu tun hat - unter der annahme, daß in summe die sensor-optimale menge an aktivem sensorsubstrat verwendet wurde und die anzahl der lichtquanten, welche pro sensor das aktive substrat treffen, pixelgrößenunabhängig ist.

einerseits ist da das quantenrauschen. das kann ich in einem pixel pro pixel mitteln oder mit vielen pixeln pro sensor oder pro bilddetail.
je kleiner die pixel sind, umso abbildungstreuer kann ein software-algorithmus das rauschen herausrechnen. über große pixel "verschmiertes, abgeschwächtes, gemitteltes" rauschen läßt sich m.e. nicht so gut automatisch entdecken und rechnerisch eliminieren.

andererseits ist das rauschen der elektronikkomponenten und leitungen inclusive adc. auch da hängt das rauschen von der menge an aktivem material ab. mehr material (bei gleicher qualität) gibt mehr rauschen.
und auch da gilt, daß ein deutliches rauschen eines einzelnen kleinen pixels besser herausrechenbar ist als das "gemittelte" rauschen von großen pixeln.

ein vielpixeliger sensor wird bei vernünftigem design rauschärmere bilder liefern als ein minderpixeliger sensor.

so denke ich es mir ...
sollte allerdings kein entrauschalgorithmus eingesetzt werden, dann sind große pixel gleich gut wie mehrere kleine pixel, die in summe die selbe lichtmenge verarbeiten ... bei gleich er ausgabe-/betrachtungsgröße.

 

[Markus42]

je kleiner die pixel sind, umso abbildungstreuer kann ein software-algorithmus das rauschen herausrechnen. über große pixel "verschmiertes, abgeschwächtes, gemitteltes" rauschen läßt sich m.e. nicht so gut automatisch entdecken und rechnerisch eliminieren.

Je höher man das ISO dreht bzw. je kleiner die Pixel werden, desto mehr kommt man bei dunklen Stellen in einen Bereich, bei dem das Signal schwächer als das Rauschen ist. ISO 100.000 gibts schon, wenn man da noch ein paar Stufen weiter geht, dann hat man die 18% Grau an der Rauschgrenze. Nun bildet Rauschen auch Strukturen und ich bezweifle, dass man diese zuverlässig von den echten Details trennen kann. Jedenfalls wenn das Rauschen dominiert.

 

[Gast_338619]

Nun bildet Rauschen auch Strukturen

Kannst du das erläutern?

 

[Markus42]

(Rauschen bildet Strukturen)

Kannst du das erläutern?

Schau Dir ein ein Bild das nur aus Rauschen besteht an. Du wirst da auch feine Strukturen sehen können. Da kann es zB vorkommen, dass 3 Pixel nebeneinander sehr ähnliche Farbwerte haben. Das bedeutet aber nicht, dass da im Motiv eine Kante ist, sondern das ist halt einfach Zufall. Je geringer das Rauschen ist, umso größer ist die Wahrscheinlichkeit dafür.

Nun kann man auch nicht zB größere Strukturen fordern (zB Kanten müssen 10 Pixel lang sein), denn dann verliert man ja die Details und könnte genausogut größere Pixel nehmen.

 

[Gast_338619]

Naja, ich gehe eigentlich schon davon aus, dass Rauschen grundsätzlich erst mal statistisch gleichverteilt ist. Ich hatte jetzt gedacht, dass du evtl. Hinweise hast, dass sich aus dem Design der Schaltung zwangsläufig bestimmte nicht-stochastische Muster ergeben müssen.

 

[whr_]

Allerdings bin auch ich vorsichtig geworden mit absoluten Aussagen. Jesmal wen man denkt jetzt gehts wirklich nicht weiter, kommt jemand ums Eck und hat eine Idee wie man das Problem umgehen kann. Z.B. indem kreativ irgendein (Quantenmechanischer) Effekt oder eine wirklich geschickte Heuristik genutzt wird.

Photonenrauschen = Quantenrauschen = Quantenelektrodynamische Grenze. Das ist eine Eigenschaft des Lichts, nicht des Sensors.

Was noch geht:

• weniger elektronisches Rauschen bei High-ISO (da ist aber auch bald Ende - die Grenze, wo elektronisches Rauschen überhaupt noch eine Rolle spielt, verschiebt sich immer weiter nach oben)
• Bayer-Pattern wirft gut die Hälfte des Lichts weg
• kleine Optimierungen am Füllfaktor und Filterverlusten
• weitere algorithmische Tricksereien, die rauschende Bilder besser aussehen lassen - davon rauschen sie aber nicht weniger

Viel Luft ist nicht mehr.

Und von wegen "Digitalphotographie in den Anfängen": der CCD-Chip wurde 1970 erfunden (Nobelpreis an Boyle und Smith 2009), die erste Digitalkamera von Sony 1981 vorgestellt. Das ist mehr als 30 Jahre her.

 

[Markus42]

Naja, ich gehe eigentlich schon davon aus, dass Rauschen grundsätzlich erst mal statistisch gleichverteilt ist.

Die modernen Algorithmen zur Rauschunterdrückung (und selbst zum Debayering) gehen davon aus, dass die Welt (und damit das Bild) Struktur hat. Das ist erstmal eine gute Idee, aber wenn das Rauschen dominiert, dann wird man im Rauschen Strukturen finden. Sehr feine kleine Strukturen nur, aber darum geht es ja bei einem feiner aufgelösten Bild.

 

[Gast_338619]

Die modernen Algorithmen zur Rauschunterdrückung (und selbst zum Debayering) gehen davon aus, dass die Welt (und damit das Bild) Struktur hat.

Richtig. Das klappt ja nur, weil das Rauschen statistisch gleichverteilt ist.

Das ist erstmal eine gute Idee, aber wenn das Rauschen dominiert, dann wird man im Rauschen Strukturen finden.

Und das ist der Ansatzpunkt, warum man mit einer höheren Zahl kleinerer Pixel bezogen auf die gleiche Zielauflösung höhere ISO erreichen kann. Denn die Poisson-Verteilung des Lichtes ähnelt (mit zunehmender Ereignisanzahl) der Gaußschen Glockenkurve, was Verfahren wie Median etc. erfolgreicher als die einfache Mittelung durch größere Pixel macht. Nicht anders funktioniert das menschliche Auge (wenn auch eher mit der zeitlichen Komponente). Dass die Pixel nicht so klein werden, dass ihr Signallevel unterhalb das Rauschlevel der Ausleseschaltkreise fällt, versteht sich von selbst.

 

[Markus42]

Dass die Pixel nicht so klein werden, dass ihr Signallevel unterhalb das Rauschlevel der Ausleseschaltkreise fällt, versteht sich von selbst.

Gilt das nur für die Ausleseschaltkreise? Ich hätte jetzt gedacht für das gesamte Rauschen.
Momentan ist man bei ISO 100.000 in dunklen Bereichen teilweise schon da drunter und wenn man das ISO noch weiter steigert hat man irgendwann eben relevante Bildteile unterhalb der Rauschgrenze - und dann muss man die Pixel eben wieder größer machen.