Sensor mit höherem Dynamikumfang

[Gast_48373]

Nun wird's endlich konkret.

Du kannst ein einzelnes Elektron gar nicht messen, weil das Ausleserauschen (des Gesamtsystems) 2e- RMS beträgt. Oder eben 10 e- Peak-to-Peak.

Habe ich ja auch nicht gesagt, sondern nur, dass Elektronen diskret und damit abzählbar sind. Ob das jetzt messtechnisch mit einem (geringen) Fehler behaftet ist oder nicht, ist dabei irrelevant: ich kann die Zahl der Elektronen angeben und damit auch eine binäre Repräsentation derselben.

Der wesentliche Unterschied ist, dass es bei einem CCD einen Ladungsverstärker pro Chip gibt (ok, es können auch ein paar mehr sein) und bei CMOS APS eben eine Ladungsverstärker pro Pixel. Ansonsten gibt es wenig Unterschiede.

Es sind zwei grundlegend verschiedene Techniken. Vor allem wird beim CCD die Ladung weitertransportiert, was im Schnitt ein etwas höheres Ausleserauschen bedingt, dafür haben die Pixel mehr Platz und die Verstärkung ist uniform. Das hat schon Auswirkungen auf die Dynamik.

Das Rauschen des Sensors ist die dominierende Komponente, alles andere (Vorverstärker, ADC) spielt eine untergeordnete Rolle. Jedenfalls bei einem sauber aufgebauten System. Also wie bei Canon halt.

2 Bit Zufallsdaten im ADC würde ich nicht als "untergeordnet" bezeichnen. Schon gar nicht gegenüber nur 2,5 Elektronen Ausleserauschen bei ISO 1600+ - also da, wo das Rauschen die Dynamik schon erheblich einschränkt.

Unfug. Ein Vorverstärker "interpretiert" nicht. Technisch gesehen ist das ein Koeffizientenglied und kein Multiplikator.

Lies doch bitte nicht etwas anderes in meine Worte hinein, als ich geschrieben habe. Ich habe nicht gesagt, dass irgendetwas aktiv "interpretiert" wird, wie Du es jetzt implizierst, sondern dass das Rauschen eines Kettengliedes im nächsten passiv als Nutzsignal "interpretiert" werden muss, weil das Kettenglied eben nicht zwischen Nutzsignal und Rauschen unterscheiden kann. Das hatte ich auch vorher schon einmal erläutert und insofern ist (falsche) Wortklauberei dabei unangebracht. Und genau diese fehlende Unterscheidbarkeit ist der Grund dafür, dass das Rauschen sich multipliziert. Mit dem Signal hat das direkt erst einmal nichts zu tun.

Man könnte argumentieren dass ein ADC ein Multiplikator ist, da er Referenzspannung und Eingangssignal multipliziert, aber da die Referenz (hoffentlich) sehr rauscharm ist, spielt das keine Musik.

Was erzählst Du da die ganze Zeit? Ich rede davon, dass das Rauschen sich multipliziert. Dafür musst Du nicht eine Multiplikation des Signals herbeireden.

Quantisierungssrauschen: theoretisch +/- 0.5 LSB Peak-to-Peak, oder 0.2 LSB RMS. Praktisch vielleicht 0.5..1 LSB RMS. Bei einem e-/LSB und 2 e-RMS Rauschen praktisch vernachlässigbar. Bei höherem Gain sowieso.

Mal abgesehen davon, dass bei +/- 0,5 LSB das RMS bei sqrt(0,5^2+0,5^2)=0,7 liegen müsste, ist Deine Theorie über least significant bits schön, aber obsolet. Dass der 14-Bit-ADC der 5DII nur 12 Bit verwertbare Daten ausspuckt, ist ein verschiedentlich dokumentierter realer Wert, der hier nicht nur auf den Digitalisierungsfehler, sondern auch auf die Verarbeitungsgeschwindigkeit von 82 MSamples/s zurückzuführen ist.

Äh natürlich sind die Widerstände konstant. Was ich sagen wollte? Dass Füsiker von Elektrotechnik keine Ahnung habe bzw. den Wald vor lauter Bäumen nicht sehen? ADCs messen Spannung, haben einen endlichen, konstanten Eingangswiderstand. Leistung ist definiert als P=U^2/R. *Hüstel*

Nun wird's also doch niveaulos. Physiker sind die, welche Dir erklären, dass Du allgemeine Regeln der Elektrotechnik im subatomaren Bereich ganz schnell vergessen kannst. Und dass die 82 MSamples/s zwar vielleicht keine wechselnde Polarität haben, deswegen aber noch lange kein Gleichstrom sind, dachte ich wüsstest Du.

Wie (mit welchem Messgerät) willst du denn das Rauschen des Sensors messen? Mit einem Oszilloskop etwa? Multimeter?

Woher Roger Clark die Daten für das Ausleserauschen hat, weiß ich nicht, vermutlich von Datenblättern der Sensorhersteller. Allerdings ist mir nicht ganz klar, was dieser Nebenkriegsschauplatz jetzt soll - Du misst nur dem Ausleserauschen Bedeutung bei, ich betrachte die ganze Verarbeitungskette. Wenn nach Deiner Darstellung die anderen Rauschkomponenten irrelevant wären, müsstest Du das Ausleserauschen ja recht einfach über unbelichtete RAW-Bilder ermitteln können. Komischerweise messe ich da Abweichungen, die deutlich über dem angegebenen Ausleserauschen liegen.

Schrotrauschen ist SQRT(N_Elektronen), also bei 10.000 Elektronen 100 Elektronen RMS. Wie hoch war noch mal das Systemrauschen?

Bringst Du das Thema also doch wieder rein. Und der Vergleich Schrotrauschen mit Verarbeitungsrauschen war jetzt das, worauf Du hinauswolltest? Wozu, bzw. wozu jetzt? Ich hatte dazu bereits geschrieben, dass die gängigen Dynamikmessungen das Schrotrauschen ausklammern (müssen), weil es dem Licht immanent und bei gleicher Pixelgröße nicht veränderlich ist. Darüber hinaus ist bei durchaus häufig verwendeten ISO 1600 das Schrotrauschen mit 60 bereits in der Größenordnung des Verarbeitungsrauschens, also signifikant. Mache ich ein Dunkelbild bei ISO 1600, gibt es bereits Abweichungen von bis zu 1/8 des sRGB-Tonwertumfangs.

Stichworte Sample/Hold, Correlated Double Sampling. Der (kammartige) Frequenzgang wird u.a. bestimmt durch Länge und Abstand der Samples, zusätzlich braucht man noch Hoch- und Tiefpassfilter.

Aha.. also ist der Widerstand des ADC doch nicht konstant?
Aber erzähl mir mal bitte, wozu die Passfilter dort vonnöten sind und vor allem inwiefern die Taktung des ADC die Messergebnisse beeinflusst?

Dein Messgerät zur Sensorrauschmessung hat das natürlich alles eingebaut, nicht?

Lass mal besser die Polemik beiseite. Ich habe nichts von irgendeinem Messgerät geschrieben, sondern nur die Daten von Roger Clark zusammengefasst, mehr nicht.

Oh Graus! Der Ladungstransport vom Pixel zum Verstärker ist praktisch rauschfrei. Was rauscht, ist der MOSFET der die Ladung in eine Spannung umwandelt. Ich kann bei einem CCD wenige Elektronenladungen über eine Strecke von 12cm(!) oder 8000 Pixel schieben, ohne dass zusätzliches Rauschen ensteht oder dass nennenswert Elektronen verloren gehen. Theorie? Nein, Praxis. Ich mach das gerade jetzt...

Und woher weißt Du, dass Du da kein Rauschen hast bzw. "nicht nennenswert" (wie viele eigentlich) Elektronen verloren gehen? Erzähl doch mal ein bißchen mehr.

Du kannst beides nicht voneinander trennen. Sensoreigenschaften, speziell das Rauschen, lassen sich nur mit der zugehörigen Signalkette sinnvoll bestimmen. Wenn du das Sensorrauschen bestimmen willst, misst du eben das Systemrauschen ohne Sensor und ziehst das vom Gesamtrauschen ab.

Grundsätzlich durchaus richtig, die Formel halte ich aber aus bereits genannten Gründen für so nicht verwendbar. Im Endeffekt wollen wir hier aber eben nicht das Sensorrauschen, sondern den Dynamikumfang der gesamten Kamera messen.

Was genau machst Du denn nun beruflich, wenn Du Dich so mit Sensoren auskennst? Bisher bist Du der Frage ja leider ausgewichen.

*****

 

[kapege.de]

Na, da werden sich doch endlich mal Zwei einig.

 

[Gast_48373]

Ja zieht sich ein wenig.
Ich denke mal, dass Ockham durchaus vom Fach ist, aber einige Aussagen von Roger Clark möglicherweise missversteht und umgekehrt meine vereinfachte Darstellung des Sachverhaltes wohl als störend empfindet.
Vielleicht hätte sich das ein wenig abkürzen lassen, wenn die Fakten gleich gekommen wären statt nur dieser hingeworfenen Negativkommentare ohne Begründung.
Wie auch immer.. so richtig möchte ich auch nicht mehr, es ist ja alles gesagt und die Wahrheit liegt wahrscheinlich irgendwo zwischen dem, was Ockham und ich sagen.

*****

 

[stephan2807]

2 Bit Zufallsdaten im ADC würde ich nicht als "untergeordnet" bezeichnen. Schon gar nicht gegenüber nur 2,5 Elektronen Ausleserauschen bei ISO 1600+ - also da, wo das Rauschen die Dynamik schon erheblich einschränkt.

Grade bei ISO 1600 und drüber (sprich gegenüber den 2,5e-) ists untegeordnet. Die 2,5e- sind nämlich schon 3,5 Bit.

...Und genau diese fehlende Unterscheidbarkeit ist der Grund dafür, dass das Rauschen sich multipliziert. ...
...Ich rede davon, dass das Rauschen sich multipliziert. Dafür musst Du nicht eine Multiplikation des Signals herbeireden.

Ist aber nicht multiplikativ sondern additiv. Das Modell mit addierten Rauschleistungen für upstream (Sensor) und downstream (alles was nach dem ISO-Amp kommt, insb. ADC) deckt sich extrem gut mit gemessenen Daten.

Woher Roger Clark die Daten für das Ausleserauschen hat, weiß ich nicht, vermutlich von Datenblättern der Sensorhersteller.

Teilweise, die meisten aber gemessen (selbst oder von anderen übernommen).
Bei meiner 40D sind die Werte +-5% identisch.

Wenn nach Deiner Darstellung die anderen Rauschkomponenten irrelevant wären, müsstest Du das Ausleserauschen ja recht einfach über unbelichtete RAW-Bilder ermitteln können.

Und natürlich sind die anderen Komponenten relevant wie die Werte der mk2 zeigen, da gibts wohl nichts dran zu deuteln.

Wie das mit überbelichteten RAWs gehen soll kann ich mir nicht vorstellen. Die Werte sind aber ja da: 2,5e- Ausleserauschen für den Sensor (beeinhaltet auch das ausgangsseitige Rauschen des ISO-Amp)

Vielleicht werdet ihr euch ja noch einig...

 

[Gast_48373]

Grade bei ISO 1600 und drüber (sprich gegenüber den 2,5e-) ists untegeordnet. Die 2,5e- sind nämlich schon 3,5 Bit.

Okay, jetzt verstehe ich, was gemeint ist. Ausleserauschen mit amplifiziert, Wandlerrauschen nicht. Gut, das macht Sinn und ändert die Rechnung tatsächlich für die höheren ISO. Da habe ich in dem Moment wohl wirklich Blödsinn geschrieben.

Wie das mit überbelichteten RAWs gehen soll kann ich mir nicht vorstellen. Die Werte sind aber ja da: 2,5e- Ausleserauschen für den Sensor (beeinhaltet auch das ausgangsseitige Rauschen des ISO-Amp)

Nein, hatte unbelichtete RAWs geschrieben, sprich Deckel auf Objektiv, Blende zu, ultrakurze Zeit. Habe mit Rawnalyze dann größere Rauschwerte trotz offensichtlichem Photonenmangel festgestellt - klar, amplifiziertes Ausleserauschen.

Vielleicht werdet ihr euch ja noch einig...

Inzwischen sind wir ja schon bei sehr speziellen Aspekten angekommen, wo Roger Clark als meine Quelle dann auch nicht mehr ins Detail geht. Wenn Ockham da genauere Details hat, immer her damit.

*****

 

[stephan2807]

Nein, hatte unbelichtete RAWs geschrieben, sprich Deckel auf Objektiv, Blende zu, ultrakurze Zeit. Habe mit Rawnalyze dann größere Rauschwerte trotz offensichtlichem Photonenmangel festgestellt - klar, amplifiziertes Ausleserauschen.

Da gab ich mich verlesen. Ja, wird üblicherweise so gemacht.
Sobald das Rauschen - auf Elektronen umgerechnet - bei höheren ISOs nicht mehr geringer ists das reine Ausleserauschen (inkl. ISO-Amp). Der nackte Sensor lässt sich mit Hausmitteln nur schwer vermessen...

 

[Ockham]

Ja zieht sich ein wenig.
Ich denke mal, dass Ockham durchaus vom Fach ist, aber einige Aussagen von Roger Clark möglicherweise missversteht und umgekehrt meine vereinfachte Darstellung des Sachverhaltes wohl als störend empfindet.
Vielleicht hätte sich das ein wenig abkürzen lassen, wenn die Fakten gleich gekommen wären statt nur dieser hingeworfenen Negativkommentare ohne Begründung.
Wie auch immer.. so richtig möchte ich auch nicht mehr, es ist ja alles gesagt und die Wahrheit liegt wahrscheinlich irgendwo zwischen dem, was Ockham und ich sagen.

*****

Ich glaube kaum, dass ich Roger Clark missverstehe. Ich glaube, dass du ein grundsätzliches Verständnisproblem hast. Z.B Verarbeitungsrauschen: Was bitte soll das sein? Wenn du ein verrauschtes Signal verstärkst dann verstärskt du sowohl Rauschen als auch Signal. Das Signal/Rauschverhältnis ändert sich dadurch nicht. Quantisierungsrauschen bei ADCs: siehe Datenblätter von AD oder TI.

Rauschfreies Schieben: Ich erzeuge bei meinen Messungen zweidimensionale Maps des Rauschens. Wenn das Rauschen von der Anzahl der Schiebevorgänge abhängen würde, würde das
Rauschen mit der Entfernung vom Ausleseverstärker zunehmen. Tuts aber nicht. Verlustfreies Schieben: Bei einem Schiebevorgang werden statistisch mehr als 99,9995% der Ladung transportiert. Das lässt sich z.B. mit Fe55-Isotopen nachweisen. Diese Isotope senden kurzwellige "Photonen" im Gammastrahlen-Bereich aus, die jeweils genau 1620 Elektronen freisetzen. Man muss dann nur noch messen, was davon am Verstärker ankommt...

 

[Gast_48373]

Z.B Verarbeitungsrauschen: Was bitte soll das sein?

Damit meinte ich die Gesamtheit der Rauscheinflüsse in der gesamten Verarbeitungskette.

Wenn du ein verrauschtes Signal verstärkst dann verstärskt du sowohl Rauschen als auch Signal. Das Signal/Rauschverhältnis ändert sich dadurch nicht.

Eben. Und genau deswegen verringert weiteres Rauschen im nächsten Verarbeitungsschritt das SNR.

Rauschfreies Schieben: Ich erzeuge bei meinen Messungen zweidimensionale Maps des Rauschens.

Ich nehme an, Dich nochmal zu fragen, was Du eigentlich genau machst, ist müßig, oder?

Wenn das Rauschen von der Anzahl der Schiebevorgänge abhängen würde, würde das Rauschen mit der Entfernung vom Ausleseverstärker zunehmen. Tuts aber nicht. Verlustfreies Schieben: Bei einem Schiebevorgang werden statistisch mehr als 99,9995% der Ladung transportiert. Das lässt sich z.B. mit Fe55-Isotopen nachweisen. Diese Isotope senden kurzwellige "Photonen" im Gammastrahlen-Bereich aus, die jeweils genau 1620 Elektronen freisetzen. Man muss dann nur noch messen, was davon am Verstärker ankommt...

Bei der von Dir angegebenen Übertragungsquote hast Du selbst bei 1620 Elektronen nur alle 123 Schiebevorgänge ein fehlendes Elektron. Wieviel Spalten hat Deine Auslesezeile und liegt das Ergebnis dann schon oberhalb des Messfehlers?
Eigentlich ist die Rechnung aber auch müßig: wenn Du selbst sagst, dass pro Schiebevorgang statistisch ein gewisser Prozentsatz übertragen wird, muss das Rauschen von der Anzahl der Schiebevorgänge abhängen.

So.. um das Ganze aber vielleicht zum Abschluss zu bringen. Ich hatte - wohl wegen des Abschnitts "Read Noise" und vor allem Abb. 3 - Roger Clark so verstanden, dass es ein festes Ausleserauschen von 2,x Elektronen vor dem Verstärker geben würde und die Differenz zwischen dann noch verbleibender Dynamik und den von z.B. DPreview gemessenen rund 10 EV sich durch die anderen von ihm genannten Quellen (z.B. ADC) ergeben würden. Das mag auch dadurch bedingt sein, dass seine beiden letzten Tabellen mit Ausleserauschen pro ISO-Level erst erschienen, nachdem ich seine Erläuterungen das erste mal las.

Korrekt ist aber: das Ausleserauschen ist eigentlich stärker und sein Anteil in Elektronen nimmt erst mit steigender ISO-Verstärkung (fast) reziprok ab, bis es bei ~ ISO 1600 den früher genannten Wert von 2,x erreicht. Dann ist aber auch klar, dass der ADC nicht mehr wirklich viel zum Rauschen bzw. verringerter Dynamik beitragen kann, da das Ausleserauschen tatsächlich etwa die Differenz zwischen genutztem Pixel-Dynamikumfang und gemessener Bilddynamik ausmacht.

Kommt das so in etwa hin?

Abschließend noch die Bemerkung, dass es natürlich schön gewesen und sicherlich auch einiges an Zeit gespart hätte, wenn Du gleich zu Anfang etwas konkreter geworden wärst und das eben Geschriebene z.B. bei meinem Verweis auf Abb 3 benannt hättest. Aber was solls, nun habe ich es halt selbst herausgefunden. Tse.

*****

 

[stephan2807]

Ich hatte - wohl wegen des Abschnitts "Read Noise" und vor allem Abb. 3 - Roger Clark so verstanden, dass es ein festes Ausleserauschen von 2,x Elektronen vor dem Verstärker geben würde und die Differenz zwischen dann noch verbleibender Dynamik und den von z.B. DPreview gemessenen rund 10 EV sich durch die anderen von ihm genannten Quellen (z.B. ADC) ergeben würden.

Korrekt ist aber: das Ausleserauschen ist eigentlich stärker und sein Anteil in Elektronen nimmt erst mit steigender ISO-Verstärkung (fast) reziprok ab, bis es bei ~ ISO 1600 den früher genannten Wert von 2,x erreicht. Dann ist aber auch klar, dass der ADC nicht mehr wirklich viel zum Rauschen bzw. verringerter Dynamik beitragen kann, da das Ausleserauschen tatsächlich etwa die Differenz zwischen genutztem Pixel-Dynamikumfang und gemessener Bilddynamik ausmacht.

Mit "read noise" meint Roger wechselnd das Rauschen über die ganze Signalkette oder nur von Sensor (mit dem was in die Messung zwangsläufig eingeht), da gilts etwas aufzupassen. "sensor read noise" (manchmal verwendet) und "total noise" würdens klarer machen.
"sensor dynamic range" soll das Potenzial des reinen Sensors aufzeigen, die nutzbaren Werte sind wg. ADC und co. immer schlechter.

 

[Gast_48373]

Mit "read noise" meint Roger wechselnd das Rauschen über die ganze Signalkette oder nur von Sensor (mit dem was in die Messung zwangsläufig eingeht), da gilts etwas aufzupassen.

Genau das hat mich durcheinandergebracht.

"sensor dynamic range" soll das Potenzial des reinen Sensors aufzeigen, die nutzbaren Werte sind wg. ADC und co. immer schlechter.

Also kostet der ADC etwa 1 EV (Differenz zwischen 11,x bei Clark und 10,x bei DPreview) entsprechend dem von Ockham und Dir geschriebenen.

Nun haben wir's.

*****

 

[Gast_57713]

Jo, sieht aus als wäre es das. Das ist ganz schön viel, von 14 auf 10 sind 4 Stufen Dynamikverlust auf der Kette. Damit ist klar, wo die wichtigen Baustellen sind.

 

[stephan2807]

Also kostet der ADC etwa 1 EV (Differenz zwischen 11,x bei Clark und 10,x bei DPreview) entsprechend dem von Ockham und Dir geschriebenen.

Ne, von 14,7 (sensor read noise) auf 11,4 bei ISO50/100.
Wie weit man mit einem hypothetischen Top-ADC mit 24 effektiven Bits - ansonsten aber ohne Veränderung - käme lässt sich leider nicht sagen. Nach dem was ich vorher so rumgerechnet hatte 11,7 bis 14,7EV (realistisch eher max. 12,5).
Die Ergebnisse liegen zu nahe an den üblichen Grenzen für 14-Bit-Wandler bei der Samplerate.

dpreview misst meines Wissens nochmal anders (insb. an den JPEGs). Wo steht da eigentlich was von 10,x EV?
Ganz gut vergleichbar sind die Ergebnisse bei dxomark.

 

[Gast_48373]

Ne, von 14,7 (sensor read noise) auf 11,4 bei ISO50/100.

Ne ich denke, dass die von Roger Clark angegebenen 14,7 EV sich auf den minimalen Anteil Ausleserauschen bei max. ISO beziehen. Die Tabelle unten zeigt ja für ISO 100 einen (aufgrund der sehr geringen Verstärkung) hohen Rauschanteil von 24 e, also blöd gesagt -4,5 EV.

dpreview misst meines Wissens nochmal anders (insb. an den JPEGs). Wo steht da eigentlich was von 10,x EV?

Aus der Grafik für die RAWs abgelesen. Sind bei "ACR Best" etwa 10,5 EV (-6 bis +4,5). Die Kurve ist zwar bei -6 links abgeschnitten; denke aber nicht wegen real noch mehr Dynamik, sondern weil die ja die Helligkeit deutlich angehoben und vermutlich keine Werte unter 16 mehr haben.

*****

 

[stephan2807]

Ne ich denke, dass die von Roger Clark angegebenen 14,7 EV sich auf den minimalen Anteil Ausleserauschen bei max. ISO beziehen.

Ja, "full well" / "sensor read noise" also ld(65700/2,5)=14,68EV

Die Tabelle unten zeigt ja für ISO 100 einen (aufgrund der sehr geringen Verstärkung) hohen Rauschanteil von 24 e, also blöd gesagt -4,5 EV.

Ähem. Also -4,5EV von was, 1e? Ne, wenn dann so:
Rauschen (ISO100/ISO1600) = 24e/2,5e = +3,26EV
Max (ISO100/ISO1600) = 59400/3710 = 16 = +4EV
Dynamikgewinn = 4EV-3,26EV = +0,74EV

Die +3,26EV zusätzliches Rauschen (in Elektronen) kommen ja grade vom ADC, dem Weg dahin oder der versauten Umgebung.

Aus der Grafik für die RAWs abgelesen. Sind bei "ACR Best" etwa 10,5 EV (-6 bis +4,5). Die Kurve ist zwar bei -6 links abgeschnitten; denke aber nicht wegen real noch mehr Dynamik, sondern weil die ja die Helligkeit deutlich angehoben und vermutlich keine Werte unter 16 mehr haben.

Was der Raw-Konverter da reininterpretiert ist nochmal was ganz anderes...

Erstmal geht der Vergleich in die ganz andere Richtung (headroom), für nen Vergleich mit Rogers Werten müsste der Spielraum nach unten getestet werden (also unterbelichten und +4EV). Unklar (mir zumindest) ob ACR nicht auch bei "Recovery 0" nicht rot/blau hernimmt und daraus Helligkeitswerte (nur Graustufen) generiert.

dpreview schneidet in dem Fall vmtl. wirklich bei -6EV ab (da wären noch sinnvolle Werte), alternativ könnte es auch ne Beschränkung in ACR sein.
Zusätzlich schneidet dpreview bei 2% Luminanz (vmtl. sRGB-Farbraum) ab, das ganze wohlgemerkt nach Tonwertkorve/Kontrastanpassung. Für JPEG OOC mag das sinnvoll sein, ansonsten ist die Aussagekraft vernachlässigbar gering. (mkIII und A900 zeigen eine flachere Tonwertkurve und sind deswegen im "shadow range" besser.)
Adobe (so sie denn Schuld sind) kann man daraus keinen Vorwurf machen. Mehr Dynamik mit "Standard-Tonwertkurven" macht eigentlich keinen Sinn, wenn die Belichtungskorrektur richtig verwendet wird. dpreview dagegen schon, ich wüsste keinen DSLR-Test wo nicht Kriterium 1 ("we stop below our defined 'black point' (about 2% luminance) or the signal-to-noise ratio drops below a predefined value (where shadow detail would be swamped by noise), whichever comes first") die Dynamik begrenzt hätte.

Zweiter Punkt:
Die Werte bei Roger beziehen sich wirklich auf die Photonen die auf dem Sensor aufschlagen, dpreview bezieht sich auf das fertige Bild. Bei Rot und Blau kommen aber deutlich weniger Photonen durch (Faktor 1,5-2,3 je nach WB).
Man nehme für ISO100 die 59400e "full well" und 23,5e Rauschen bei Roger. Was kommt dann für ein fertiges Bild einer weißen Fläche raus bei Lichtverhältnissen (WB) die eine zusätzliche (digitale) Verstärkung von rot und blau um Faktor 2 erfordern? Das ganze so belichtet, dass grade noch keine Sättigung (in grün) auftritt.
Rauschen grün: 395,6ppm (11,3EV)
Rauschen rot/blau: 791,2ppm (11,3EV-1EV)
gemittelt: sqrt((395,6ppm^2+791,2ppm^2)/2) = 625,5ppm = 10,64EV
Sprich -2/3EV für den stärkeren Farbfilter vor rot/blau (erforderlich für die Anpassung an die Lichtverhältnisse).

Blöd, dass damit recht genau der Wert auf dpreview rauskommt, aber die eine Blende oben ist rekonstruiert und die Blende unten ist abgeschnitten...

 

[Gast_48373]

Ja, "full well" / "sensor read noise" also ld(65700/2,5)=14,68EV

Yep. Aber wenn ich seine Tabelle richtig lese erst bei >= ISO 1600.

Ähem. Also -4,5EV von was, 1e? Ne, wenn dann so:
Rauschen (ISO100/ISO1600) = 24e/2,5e = +3,26EV
Max (ISO100/ISO1600) = 59400/3710 = 16 = +4EV
Dynamikgewinn = 4EV-3,26EV = +0,74EV

Ne, gemeint war: ld(23.5)~4.6, also bei ISO 100 Sensordynamik=ld(59400/23.5)=11,3 EV. Deiner Rechnung für den Dynamikunterschied zwischen ISO 100 und 1600 stimme ich aber zu - logisch, kommt ja auf's gleiche raus.

Die +3,26EV zusätzliches Rauschen (in Elektronen) kommen ja grade vom ADC, dem Weg dahin oder der versauten Umgebung.

Ich denke jetzt vom Verstärker? Was denn nun? Ockham?

Was der Raw-Konverter da reininterpretiert ist nochmal was ganz anderes... [..] dpreview dagegen schon, ich wüsste keinen DSLR-Test wo nicht Kriterium 1 ("we stop below our defined 'black point' (about 2% luminance) or the signal-to-noise ratio drops below a predefined value (where shadow detail would be swamped by noise), whichever comes first") die Dynamik begrenzt hätte.

Da gebe ich Dir recht, was der RAW-Converter macht, ist immer noch mal eine andere Sache. Die Sache mit dem Schwarzpunkt kommt natürlich hinzu, das macht die Werte natürlich etwas bedenklich.

Bei Rot und Blau kommen aber deutlich weniger Photonen durch (Faktor 1,5-2,3 je nach WB).

Stimmt, hatte ich glaube ich in 'nem anderen Thread auch schon mal mit in's Rauschen eingerechnet. UniWB sieht einfach mistig aus.
Letzten Endes würde ich Dynamik aber ohnehin bloß pro Farbkanal angeben.

*****

 

[stephan2807]

Yep. Aber wenn ich seine Tabelle richtig lese erst bei >= ISO 1600.

Der sensor read noise bleibt konstant (und der ist Basis für den sensor dynamic range), die in den Tabellen (nach ISO) angegebenen Werte sind wieder total, das heißt inkl. ADC etc.. Was anderes lässt sich ja nicht messen.

Ne, gemeint war: ld(23.5)~4.6, also bei ISO 100 Sensordynamik=ld(59400/23.5)=11,3 EV. Deiner Rechnung für den Dynamikunterschied zwischen ISO 100 und 1600 stimme ich aber zu - logisch, kommt ja auf's gleiche raus.

ld(23,5) wäre aber bezogen auf 1e und das kommt in den Messwerten nirgends vor.
Ich denke auch nicht, dass hier die quantenphysikalische Bedeutung des einzelnen Elektrons relevant ist. Von daher felht mir worauf du den Wert bezogen hast.

Ich denke jetzt vom Verstärker? Was denn nun? Ockham?

Nein, im wesentlichen ADC bzw. der gesamte downstream-Pfad. Für das einfache Modell müsste man den Verstärker zwar schon aufteilen in upstream-Anteil, idealen Verstärker und downstream-Anteil. Solange die Messwerte im Rahmen der Messgenauigkeit aber auch ohne passen...

 

[stephan2807]

Ne, gemeint war: ld(23.5)~4.6, also bei ISO 100 Sensordynamik=ld(59400/23.5)=11,3 EV.

ld(23,5) wäre aber bezogen auf 1e und das kommt in den Messwerten nirgends vor.
Ich denke auch nicht, dass hier die quantenphysikalische Bedeutung des einzelnen Elektrons relevant ist.

Meintest du mit dem Bezug auf 1e evtl., dass in nem Quantenprozess bei 1e Signal die SNR schon 0 ist, egal wie gut die Messung ist?
Mehr als ld(full well) über alles (inkl. Signal) ist in der Tat nicht drin, das bezieht aber wieder das Photonenrauschen mit ein, welches bislang ausgeklammert war.
Die 2,5e beziehen sich aber auf einen Erwartungswert 0 für das Signal, also auch kein Photonenrauschen.

An der Stelle hörts dann bei mir aber so langsam auch mit dem Verständnis auf... da muss dann der Frank her

 

[Ockham]

Bei der von Dir angegebenen Übertragungsquote hast Du selbst bei 1620 Elektronen nur alle 123 Schiebevorgänge ein fehlendes Elektron. Wieviel Spalten hat Deine Auslesezeile und liegt das Ergebnis dann schon oberhalb des Messfehlers?

4000 bzw. 2000 je nach Auslesemodus. Um diesen Effekt überhaupt messen zu können muss man hunderte von Zeilen bzw. tausende "Einschläge" auswerten.

Eigentlich ist die Rechnung aber auch müßig: wenn Du selbst sagst, dass pro Schiebevorgang statistisch ein gewisser Prozentsatz übertragen wird, muss das Rauschen von der Anzahl der Schiebevorgänge abhängen.

Nein, das ist eben kein Rauschen, sondern "Schwund" mit einer sehr geringen Wahrscheinlichkeit. Ich kann hier Bildsensoren mit sehr geringer Intensität beaufschlagen, sagenwirmal 10 e/pixel. Wenn das Schieben tatsächlich zusätzliches Rauschen verursachen würde, könnte man den Effekt sehr leicht nachweisen. Man muss dazu nur tie nahe oder entfernte Ecke des Bildsensors auswerten. Wie gesagt, es gibt da kein "Gefälle". Vorausgesetzt, der Bildsensor wird korrekt betrieben. Man kann durchaus mit "Gewalt", bei tiefen Temperaturen und sehr hohen Taktspannungen zusätzliche Ladung durch's Schieben erzeugen, aber bei Raumtemperatur und korrektem Betrieb spielt das keine Rolle.

So.. um das Ganze aber vielleicht zum Abschluss zu bringen. Ich hatte - wohl wegen des Abschnitts "Read Noise" und vor allem Abb. 3 - Roger Clark so verstanden, dass es ein festes Ausleserauschen von 2,x Elektronen vor dem Verstärker geben würde und die Differenz zwischen dann noch verbleibender Dynamik und den von z.B. DPreview gemessenen rund 10 EV sich durch die anderen von ihm genannten Quellen (z.B. ADC) ergeben würden. Das mag auch dadurch bedingt sein, dass seine beiden letzten Tabellen mit Ausleserauschen pro ISO-Level erst erschienen, nachdem ich seine Erläuterungen das erste mal las.

Wie Roger tatsächlich vorgeht, weiss ich nicht genau, aber es ist klar dass das absolute Rauschen abhängig ist von der Verstärkung (ISO). Wenn du 100 Elektronen pro DN Verstärkung hast, kann das Rauschen nicht bei 10 Elektronen RMS liegen.

Korrekt ist aber: das Ausleserauschen ist eigentlich stärker und sein Anteil in Elektronen nimmt erst mit steigender ISO-Verstärkung (fast) reziprok ab, bis es bei ~ ISO 1600 den früher genannten Wert von 2,x erreicht. Dann ist aber auch klar, dass der ADC nicht mehr wirklich viel zum Rauschen bzw. verringerter Dynamik beitragen kann, da das Ausleserauschen tatsächlich etwa die Differenz zwischen genutztem Pixel-Dynamikumfang und gemessener Bilddynamik ausmacht.

Kommt das so in etwa hin?

In etwa. Was ich bei ihm nicht verstehe ist, dass er einmal die Verstärkung (Elektronen/DN) für 12 bit und ein anderes Mal für 14 bit angibt. Das ist ein kleiner Unterschied. Hilf alles nichts, ich werd um eigene Messungen nicht herum kommen. Die Hardware dazu hab ich, aber es fehlt etwas an Zeit die entsprechenden Interface-Routinen zu meinen Auswerteprogrammen zu schreiben.

 

[Ockham]

Meintest du mit dem Bezug auf 1e evtl., dass in nem Quantenprozess bei 1e Signal die SNR schon 0 ist, egal wie gut die Messung ist?
Mehr als ld(full well) über alles (inkl. Signal) ist in der Tat nicht drin, das bezieht aber wieder das Photonenrauschen mit ein, welches bislang ausgeklammert war.
Die 2,5e beziehen sich aber auf einen Erwartungswert 0 für das Signal, also auch kein Photonenrauschen.

An der Stelle hörts dann bei mir aber so langsam auch mit dem Verständnis auf... da muss dann der Frank her

Dynamikbereich und SNR sind zwei völlig verschiedene Dinge. Der Dynamikbereich kann locker bei 100.000:1 liegen, der SNR bei ein paar Hundert.

 

[Ockham]

Ich denke jetzt vom Verstärker? Was denn nun? Ockham?

Oder von der Signalverarbeitung. Bei Digitalkameras weiss man letztlich nicht, wie in den Rohdaten herungefummelt wird.