eine größere
photonenzahl pro bilddetail bedeutet:
- höherer shot noise (das ist aber in solchen fällen meist nicht der
qualitätsbestimmende effekt)n
Hier widerspreche ich noch! Natürlich ist der Absolutwert des Rauschens dann
höher, aber er steigt eben nur proportional zur Wurzel der Photonenzahl, also
wird das Verhältnis ("S/N ratio") immer kleiner.
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nun, wieso meinst du, daß das ein qualitätsbestimmender effekt ist, wenn der rauschanteil mit zunehmender belichtung sinkt? eine größere photonenzahl auf der fläche eines bilddetails, das dann im bild gleich hell wiedergegeben wird ...
geht ja gar nicht anders, als daß das schrotrauschen im bild eine bezogene größe ist, also bezogen auf die photonenzahl. und damit bei stärkerer belichtung geringer. also doppelte photonenzahl bedeutet 30% weniger schrotrauschen. oder, wenn die pixelgröße gleich bleibt, aber die pixelzahl steigt, dann ändert sich das schrotrauschen pro pixel nicht, aber über den mittelwert der größeren gesamtfläche/größeren pixelzahl sinkt es noch stärker als 30% (oder habe ich da einen denkfehler?). das ist der rauschanteil, der in mittleren und starken bildhelligkeiten zu sehen ist (falls man es sieht). in dunklen bildbereichen spielen thermisches rauschen und quantisierungsrauschen die hauptrolle.
Bei gleicher Belichtung ist das alles "trivial". Aber was passiert denn bei der
genannten äquivalenten Belichtung? Die für den gleichen Bildausschnitt
"zuständigen" Sensorflächen sammeln beide gleich viele Photonen. Der
Vollformatsensor, weil er 2,25x (oder 2,56x) so groß ist, der Cropsensor, weil er
entsprechend heller beleuchtet wird (offenere Blende). Das reine
Photonenrauschen ist dann gleich. Was machen die anderen Anteile?
Gruß, Matthias
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a) sensor der d700 / d90 bei gleicher belichtungszeit und pixelzahl, aber unterschiedlicher sensorfläche, blende/iso-einstellung für gleiche photonenzahl:
a1) die d700 hat bezogen auf die pixelzahl mehr elektronisch aktives sensorvolumen und erzeugt mehr thermische rauschelektronen. (vgl. hier
http://www.sensorgen.info/ cams mit unterschiedlichen pixelgrößen)
a2) das sensorsignal der d700 wird gleich stark sein wie das der d90.
a3) die d90 hat einen adc, der auf 12 bit dynamikumfang ausgelegt ist und so auf den sensorsignalstärkenbereich abgestimmt ist, daß das LSB erst anspricht, wenn das sensorsignal doppelt so stark wie der rauschgrund ist.
a4) der besitzer der d700 kann sich aussuchen, ob er den adc mit 12 oder 14 bit auflösung betreibt. die cam betreibt aber kein adc-remapping, wenn das signal geringer als 14 bid stärke hat. sollte der motivkontrast maximal 12 bit sein, wird es egal sein, ob der adc mit 12 oder mit 14 bit betrieben wird. der adc wird auf den sensorsignalstärkebereich mit denselben kriterien wie bei der d90 abgestimmt sein.
a5) nehmen wir daher an, daß die behandlung des pixelsignals zwischen aktiver diodenfläche und adc gleich ist, die iso-verstärkung bei d90 und bei d700 absolut gleich ist, daher ein absolut gleich starkes signal beim adc ankommt.
a6) dann wird das quantisierungsrauschen auch gleich sein.
in diesem beispiel a) wird also bis auf das thermische rauschen, das der d90 einen vorteil gibt, die bildqualität gleich sein, weil das schrotrauschen aufgrund der unterschiedlichen, der sensorgröße angepaßten belichtungseinstellung identisch ist. sensorauflösung ist identisch - falls die relative aa-filterstärke gleich ist und die pixelzahl gleich ist. was bleibt ist, daß die objektivauflösung/mikrokontrast pro bilddetail unterschiedlich ist aufgrund unterschiedlicher objektiv mtf bezogen auf die sensorfläche.
b) sensor der k-5 im vergleich zum sensor der d700:
b1 bis b4) nehmen wir mal nur zum beispiel an, die d700 hätte auch nur 12 megapixel, allerdings die technologie der k-5 .
dann trifft von a1) bis a4) oben alles auch hier zu.
nur, daß die k-5 die pixelverstärkung bereits im pixel macht und ein viel stärkeres signal als bei der d700 vom pixel zum adc geschickt wird, das daher bei der k-5 im vergleich zur d700/d90 noch rauschfreier ist. und daß bei der K-5 das LSB nur dann genutzt wird, falls der kontratumfang groß ist. ansonsten benutzt die K-5 ein adc-remapping und weist dadurch einem schwachen signal bereits eine höhere adc-auflösung zu.
b5) während bei der d700 das pixelsignal jetzt einer iso-verstärkung unterworfen wird, die das thermische rauschen mitverstärkt, ist dies bis iso 800 bei der k-5 nicht so. das isoverstärkte signal der d700 kommt also stärker und mit stärkerem rauschen beim adc an und wird digitalisiert.
es wird also aufgrund der höheren signalstärke tonwertmäßig feiner aufgelöst, aber auch das thermische rauschen wird feiner aufgelöst. es wird also das rauschen deutlicher zeigen. das schwächere signal der k-5 wird aber durch das adc-remapping tonwertmäßig gleich gut aufgelöst wie das der d700. das quantisierungsrauschen wird bei beiden cams also vergleichbar sein. allerdings das thermische rauschen der K-5 geringer ...
über iso 800 wird bei der k-5 auch eine iso-verstärkung vorgenommen, sodaß die adc-auflösung in den schatten ausreichend fein bleibt und das quantisierungrauschen akzeptabel bleibt.
abgesehen von unterschieden in der auswirkung der aa-filter und objektiv mtf wird bei selber belichtung die d700 ca. 3x so stark rauschen wie die k-5 bei ihrem modernen 16 Mpix sony-sensor.
http://www.sensorgen.info/
erst wenn man bei der d700 die blende öffnet, kann sie aufgrund des schrotrauscheffektes sauberere bilder liefern als die aps-c cam k-5.
technology beats size. (erst wenn die Fx-technologie auf gleichen stand wie die spitzen-apsc-technologie kommt - gleiche sensortechnologie, gleiche pixelgröße - kann Fx wieder seinen deutlichen vorteil des geringeren schrotrauschens voll ausspielen ...)
lg gusti
nun, ich habe das nicht wirklich im detail so studiert, um es mit unumstößlichen beweisen stützen zu können und ist das, was ich glaube zu wissen.
p.s.: man kommt heute durch kleinste pixelgrößen bereits in solche dimensionen, daß die "quantenzählgenauigkeit" 2 photoelektronen ist. also das LSB des ADC 2 photoelektronen entspricht. ein einziges rauschelektron bedeutet also 50% abweichung vom signal und kann daher leichter entdeckt und per softewarepixelvergleichsalgorithmen eliminiert werden.
COMMENTS are WELCOME. könnte ja einen fehler in der beschreibung und meinem denken drin haben. lg gusti
