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Wieso eigentlich unempfindlicher?

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  1. Wieso eigentlich unempfindlicher?

    Autor: Paritz 24.07.13 - 11:58

    Die klassischen Filter absorbieren bei jedem Punkt etwa 2/3 des einfallenden Lichts. Beim Foveon-Sensor erhaelt im Idealfall jede Schicht 1/3 des Lichts und nichts geht verloren. Wuerde rein theoretisch einen Empfindlichkeitsgewinn von 3 ergeben.

    Wo liegt der Haken?

  2. Re: Wieso eigentlich unempfindlicher?

    Autor: nykiel.marek 24.07.13 - 12:07

    Paritz schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Die klassischen Filter absorbieren bei jedem Punkt etwa 2/3 des
    > einfallenden Lichts. Beim Foveon-Sensor erhaelt im Idealfall jede Schicht
    > 1/3 des Lichts und nichts geht verloren. Wuerde rein theoretisch einen
    > Empfindlichkeitsgewinn von 3 ergeben.
    >
    > Wo liegt der Haken?
    Der haken ist, das die Photonen um die unterste Schicht zu erreichen durch die 2 anderen Schichten müssen. Das macht das Rauschen nicht nur stärker sondern auch noch ungleichmäßig über die Farben verteilt, weil die Signale aus der unteren Schicht mehr verstärkt (das Rauchen wird ja mit verstärkt) werden müssen.
    LG, MN

  3. Re: Wieso eigentlich unempfindlicher?

    Autor: Paritz 24.07.13 - 12:18

    > Der haken ist, das die Photonen um die unterste Schicht zu erreichen durch
    > die 2 anderen Schichten müssen.

    Fuer meine Begriffe ist das nicht des Pudels Kern. Anstelle der zwei weiteren Schichten gibt es beim Bayer-Sensor ja die Filter, die im Gegensatz zu den Schichten das Licht nutzlos absorbieren.

  4. Re: Wieso eigentlich unempfindlicher?

    Autor: nykiel.marek 24.07.13 - 12:24

    Paritz schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > > Der haken ist, das die Photonen um die unterste Schicht zu erreichen
    > durch
    > > die 2 anderen Schichten müssen.
    >
    > Fuer meine Begriffe ist das nicht des Pudels Kern. Anstelle der zwei
    > weiteren Schichten gibt es beim Bayer-Sensor ja die Filter, die im
    > Gegensatz zu den Schichten das Licht nutzlos absorbieren.

    Für die unterste Schicht wirken die 2 oberen wie ein (eigentlich sogar 2) Filter.
    Zusätzlich wird das rauschen unschöner, weil ungleichmäßig über die Grundfarben verteilt.
    LG, MN

  5. Re: Wieso eigentlich unempfindlicher?

    Autor: mfeldt 24.07.13 - 12:25

    Na, kommt wohl drauf an wieviel % des Lichts der durchlaufenden (= nicht für sie bestimmten) Farben die oberen Schichten schlucken...

  6. Re: Wieso eigentlich unempfindlicher?

    Autor: nykiel.marek 24.07.13 - 12:31

    mfeldt schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Na, kommt wohl drauf an wieviel % des Lichts der durchlaufenden (= nicht
    > für sie bestimmten) Farben die oberen Schichten schlucken...

    Da gibt es eben Erfahrungswerte (und bestimmt auch Messwerte) aus der Foveon Chips. Und die sagen, dass das Rauschen in den höheren ISO Stufen (mehr Verstärkung) mehr und unschöner wird.
    LG, MN

  7. Re: Wieso eigentlich unempfindlicher?

    Autor: narfomat 24.07.13 - 14:33

    das wird auch jeder bestätigen, der mit einer sigma merill photografiert =) - bei iso 400 wirds da schon problematisch. nebenbei kann die cam bei guten lichtverhältnissen ganz erstaunliche photos für ihre grösse produzieren - einfach mal anschauen...



    1 mal bearbeitet, zuletzt am 24.07.13 14:34 durch narfomat.

  8. Wo bleiben die 1000x empfindlicheren Sensoren?

    Autor: Poison Nuke 24.07.13 - 15:56

    Angeblich wurde vor langer Zeit ein Nanomaterial entwickelt, welches aktuelle Sensoren um den Faktor 1000 empfindlicher machen soll.

    Und wenn man sich mal einen CMOS Sensor anschaut (Also richtig drauf schauen), dann sieht man, dass er NICHT schwarz ist. Ergo er absorbiert nur einen verschwindend kleinen Teil des sichtbaren Lichts. Der größere Teil wird einfach nur reflektiert und gelangt nie zum Sensor.

    Warum fängt Canon nicht auch gleich bei dem Problem an.


    Aber ich finde es extrem gut, dass ENDLICH diese besch... Bayer-CCDs abgeschafft werden. Denn die prinzipbedingte Farbunschärfe usw war mir schon immer ein Ärgernis, da sie effektiv ja nur 1/3 der tatsächlichen Auflösung leisten.


    Zumindest genau DAS Feature das ich bei der 5D Mark 4 erwarte. Wenn das kommt, werde ich meine Mark3 austauschen.

    Greetz

    Poison Nuke

  9. Re: Wieso eigentlich unempfindlicher?

    Autor: Der Spatz 24.07.13 - 20:50

    Wild geraten:
    Eventuell ist der Wirkungsgrad durch den Schichtaufbau geringer.

    Beim Bayer-Sensor ist die Lichtempfindliche Schicht eventuell richtig "Dick" und (um mal einen Wert zu nennen) 60% aller Photonen werden nutzbar eingefangen. Der Rest produziert wärme.

    Beim Foveon/Canon Schicht-Sensor müssen die einzelnen empfindlichen Schichten sehr dünn sein und zwischen den Schichten ist eine ungenutzte Trennschicht.
    Bei Blau (erste Schicht) kann dann eventuell noch 50% genutzt werden, Grün vielleicht nur noch zu 40% (10% landen in der Trennschicht und verpuffen zu Wärme) und bei Rot sind des dann nur noch 30% (2x 10% durch zwei Trennschichten).

    Würde das unterschiedliche Rauschen pro Farbkanal (Rot muss viel stärker verstärkt werden als Blau) erklären würde und die geringere Empfindlichkeit.

  10. Re: Wieso eigentlich unempfindlicher?

    Autor: quadronom 24.07.13 - 22:23

    nykiel.marek schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Paritz schrieb:
    > ---------------------------------------------------------------------------
    > -----
    > > Die klassischen Filter absorbieren bei jedem Punkt etwa 2/3 des
    > > einfallenden Lichts. Beim Foveon-Sensor erhaelt im Idealfall jede
    > Schicht
    > > 1/3 des Lichts und nichts geht verloren. Wuerde rein theoretisch einen
    > > Empfindlichkeitsgewinn von 3 ergeben.
    > >
    > > Wo liegt der Haken?
    > Der haken ist, das die Photonen um die unterste Schicht zu erreichen durch
    > die 2 anderen Schichten müssen. Das macht das Rauschen nicht nur stärker
    > sondern auch noch ungleichmäßig über die Farben verteilt, weil die Signale
    > aus der unteren Schicht mehr verstärkt (das Rauchen wird ja mit verstärkt)
    > werden müssen.
    > LG, MN

    Fällt dann eiegntlich auch der Tiefpassfilter weg?

    %0|%0

  11. Re: Wieso eigentlich unempfindlicher?

    Autor: Egon E. 25.07.13 - 01:26

    quadronom schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Fällt dann eiegntlich auch der Tiefpassfilter weg?

    Der Tiefpassfilter hat damit eigentlich nichts zu tun, auch wenn Farbmoiré durch diese Sensor-Technologie keine Rolle mehr spielt. Zur Vermeidung von Aliasing-Effekten im Allgemeinen hilft nach wie vor die Erhöhung der Abtastrate (Auflösung).

  12. Re: Wieso eigentlich unempfindlicher?

    Autor: Poison Nuke 25.07.13 - 09:55

    Egon E. schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Zur Vermeidung von
    > Aliasing-Effekten im Allgemeinen hilft nach wie vor die Erhöhung der
    > Abtastrate (Auflösung).

    nein, Erhöhung der Auflösung hat noch nie und KANN niemals dazu führen, dass es kein Moire gibt, du verschiebst einfach nur die Frequenz nach oben.

    Das ist das gleiche, warum das rendern in doppelter Auflösung bei Spielen und dann runterskalieren auch keine Abhilfe schafft, dafür aber echtes 4x AA deutlich etwas bringt, trotz identischer Anzahl zu rendernder Pixel.


    Der Vorteil bei Kameras ist, dass man bereits eine enorme Vielzahl von "Rays" hat und durch optische Ungenauigkeiten es eh selten zu exakten Musterüberlagerungen kommt. Eine Art natürliches AA.


    Und mehr machen Kameras eh nicht. Fotografiere doch mal ein regelmäßiges Muster das fast exakt ausgerichtet ist (eine Achse etwas schräg). Da bekommt man schon ein schickes Moire.

    Greetz

    Poison Nuke

  13. Re: Wieso eigentlich unempfindlicher?

    Autor: Egon E. 25.07.13 - 11:44

    Poison Nuke schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > nein, Erhöhung der Auflösung hat noch nie und KANN niemals dazu führen,
    > dass es kein Moire gibt,

    Selbstverständlich kann sie das.

    > du verschiebst einfach nur die Frequenz nach oben.

    Genau. Und das kann je nach Motiv Moiré verhindern. Ich habe nicht gesagt, dass bei höheren Auflösungen nicht trotzdem Aliasing-Effekte auftreten können. Wenn man irgendwann soweit ist, dass allein das Objektiv die Auflösung nach oben begrenzt, wird Moiré kein Problem mehr sein.

  14. Re: Wieso eigentlich unempfindlicher?

    Autor: Poison Nuke 25.07.13 - 12:39

    > können. Wenn man irgendwann soweit ist, dass allein das Objektiv die
    > Auflösung nach oben begrenzt, wird Moiré kein Problem mehr sein.

    WENNN. DANN kann man das
    >
    > Selbstverständlich kann sie das.
    >

    sagen, aber grundsätzlich ist diese Aussage in jeder Hinsicht falsch.


    Denn gerade kleine Linsen erreichen einfacher sehr hohe Auflösungen, die auch 100MP noch locker ausreizen können.

    Greetz

    Poison Nuke

  15. Re: Wieso eigentlich unempfindlicher?

    Autor: Egon E. 25.07.13 - 13:37

    Je höher die Auflösung der Kamera, desto weniger sind Aliasing-Effekte ein Problem. Stichwort Oversampling (Überabtastung). Siehe auch

    Oversampling - en.wikipedia.com
    Why is oversampling helpful to an anti-alias filter? - dsp.stackexchange.com

    Und die Praxis bestätigt das. Nicht umsonst sind die Tiefpassfilter in Kameras mit Auflösungen weit unter 10 MP meist deutlich dicker. In einigen Kameras mit deutlich höheren Auflösungen wurde der Filter sogar ganz weggelassen (Nikon D800E - 36 MP, Nikon D7100 - 24 MP, Pentax K-5 IIs - 16 MP).

  16. Re: Wieso eigentlich unempfindlicher?

    Autor: Poison Nuke 25.07.13 - 13:47

    Egon E. schrieb:

    > Oversampling - en.wikipedia.com
    > Why is oversampling helpful to an anti-alias filter? -
    > dsp.stackexchange.com
    >

    dir fällt gerade nicht zufällig auf, dass es hier um gänzlich andere Themen geht?
    Es geht bei deinen Links um die Festlegung einer sinnvollen Obergrenze für z.B. Schallwellen. Alles oberhalb der Frequenz wird eh nicht mehr wahrgenommen. Daher kann man hier einfach ein Oversampling festlegen.

    Hingegen das Moire bei optischen Systemen hat eine _unendlich_ hohe Frequenz die abgetastet werden muss.
    schlechte optische Systeme können unter Umständen eine Obergrenze definieren, aber das ist keine feste Variable. Du kannst also als Sensorhersteller nicht einfach festlegen, dass alle Linsen schlechter als x auflösen. Wenn durch neue Optiken die Auflösung massiv gesteigert werden kann und der Sensor im Vergleich die geringste Auflösung hat, dann stehst du wieder am Anfang.

    Ergo wird es nie ein Oversampling geben können, weil IMMER die abzustastende Frequenz höher ist.

    Greetz

    Poison Nuke

  17. Re: Wieso eigentlich unempfindlicher?

    Autor: Egon E. 25.07.13 - 14:04

    Poison Nuke schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > dir fällt gerade nicht zufällig auf, dass es hier um gänzlich andere Themen
    > geht?

    Nein. Es geht um Signalverarbeitung im Allgemeinen. Ob ein optisches Signal von einem Bildsensor abgetastet wird oder ob es sich um ein beliebiges anderes Signal handelt, spielt absolut keine Rolle.

    > Alles oberhalb der Frequenz wird eh nicht mehr
    > wahrgenommen. Daher kann man hier einfach ein Oversampling festlegen.
    >
    > Hingegen das Moire bei optischen Systemen hat eine _unendlich_ hohe
    > Frequenz die abgetastet werden muss.

    Wie kommst du auf die Idee? Die Frequenzen, die (vom Betrachter) noch wahrgenommen werden, hängen von der Ausgabegröße und vom Betrachtungsabstand ab. Man darf natürlich nicht den Fehler machen, ein Bild, das von einem Sensor mit 200 MP aufgezeichnet wurde, mit einem Bild, das eine Auflösung von 2 MP hat, in der 1:1-Ansicht am Bildschirm zu vergleichen. Damit hättest du nämlich das erste Bild um den Faktor 10 (in jeder Richtung) stärker vergrößert. Davon ist jedoch nicht die Rede. Ein Audiosignal, das mit 44,1 kHz abgetastet wurde, würdest du auch nicht halb so schnell abspielen wie eines, das mit 22,05 kHz abgetastet wurde. Oder doch?



    3 mal bearbeitet, zuletzt am 25.07.13 14:08 durch Egon E..

  18. Re: Wieso eigentlich unempfindlicher?

    Autor: Poison Nuke 25.07.13 - 14:46

    Zum Teil hast du es schon angesprochen:

    ein Audiosignal kann man nicht vergrößern, weil man spielt es eben nicht langsamer ab. Man braucht somit auch kein extremes Oversampling weil alles über 20kHz effektiv unhörbar ist und bleiben wird. Somit sind auch alle AliasingEffekte die oberhalb von 20kHz auftreten irrelevant. Daher meinte ich, sind deine Links am Thema vorbei.

    Hingegen wenn du ein Bildausschnitt aufnimmst, dann kann man den erstens vergrößern und zweitens, bei perfekter Optik vorrausgesetzt, hast du eine unendlich hohe Frequenz als Ausgang, welche der Sensor bedingt durch seine Auflösung nur zum Teil aufnehmen kann. Wenn man es auf die Audiotechnik überträgt, dann würde man ein Ausgangssignal mit unendlich großer Bandbreite vorliegen haben und man muss nun entscheiden, wie in wie viele Stücken man es zerhackt. Aber egal wie klein man das Signal hackt, es wird immer eine Frequenz geben, bei der es zu Aliasing kommt. Und wenn man es vergrößert wird man auch immer die Probleme sehen.


    Und wenn du einmal Moire im Bild hast du keinen leistungsfähigen Scaler, dann bleibt das Moire auch bei kleineren Auflösungen erhalten. Zum Glück selten, aber es gibt noch solche simplen Scaler.


    Und der Fall, dass man z.B. bei 36MP die volle Auflösung auch nutzt am Ende, kommt auch vor. Sonst könnte man ja gleich die Auflösung reduzieren.

    Greetz

    Poison Nuke

  19. Re: Wieso eigentlich unempfindlicher?

    Autor: Egon E. 25.07.13 - 15:13

    Poison Nuke schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------
    > Hingegen wenn du ein Bildausschnitt aufnimmst, dann kann man den erstens
    > vergrößern und zweitens, bei perfekter Optik vorrausgesetzt, hast du eine
    > unendlich hohe Frequenz als Ausgang, welche der Sensor bedingt durch seine
    > Auflösung nur zum Teil aufnehmen kann. Wenn man es auf die Audiotechnik
    > überträgt, dann würde man ein Ausgangssignal mit unendlich großer
    > Bandbreite vorliegen haben und man muss nun entscheiden, wie in wie viele
    > Stücken man es zerhackt. Aber egal wie klein man das Signal hackt, es wird
    > immer eine Frequenz geben, bei der es zu Aliasing kommt. Und wenn man es
    > vergrößert wird man auch immer die Probleme sehen.

    Alles was du hier schreibst, lässt sich auf jede Art von Signal übertragen. Es gibt schlicht keinen Unterschied. Wenn du von einer Ausschnittsvergrößerung sprichst, ist das einzige Problem, dass die Auflösung nicht mehr ausreicht. Wir sind wieder am Anfang der Diskussion.

    > Und wenn du einmal Moire im Bild hast du keinen leistungsfähigen Scaler,
    > dann bleibt das Moire auch bei kleineren Auflösungen erhalten. Zum Glück
    > selten, aber es gibt noch solche simplen Scaler.

    Ich nehme an, mit Scaler meinst du das Resampling-Verfahren. Inwiefern das (in der Digitaltechnik) ein Problem darstellen soll, erschließt sich mir nicht. Je höher die Auflösung, desto problemloser lässt sich eventuelles Moiré (bezogen aufs fertige, also komplette Bild) entfernen.

    > Und der Fall, dass man z.B. bei 36MP die volle Auflösung auch nutzt am
    > Ende, kommt auch vor. Sonst könnte man ja gleich die Auflösung reduzieren.

    Keine Frage, auch hier kann man sicher noch Aliasing-Effekte provozieren. Mit steigender Auflösung werden die jedoch immer weniger praxisrelevant. Vorausgesetzt, man nimmt nicht nach der Erhöhung der Auflösung jedes mal eine Ausschnittsvergrößerung um den gleichen Faktor vor. Dadurch verschiebt man das Problem natürlich nur.

  20. Re: Wieso eigentlich unempfindlicher?

    Autor: Poison Nuke 25.07.13 - 15:36

    Egon E. schrieb:
    --------------------------------------------------------------------------------

    > Ich nehme an, mit Scaler meinst du das Resampling-Verfahren. Inwiefern das
    > (in der Digitaltechnik) ein Problem darstellen soll, erschließt sich mir
    > nicht. Je höher die Auflösung, desto problemloser lässt sich eventuelles
    > Moiré (bezogen aufs fertige, also komplette Bild) entfernen.


    leider nicht all zu selten treffe ich noch linear arbeitende Resampler (jupp Wort vertauscht) an. Und bei einem linearen Resampler bleibt Moire so gut wie immer bestehen. Du benötigst einen entsprechenden Resampling-Algorithmus, welcher selbst ein Anti-Aliasing durchführt.




    > Vorausgesetzt, man nimmt nicht nach der Erhöhung der Auflösung jedes mal
    > eine Ausschnittsvergrößerung um den gleichen Faktor vor. Dadurch verschiebt
    > man das Problem natürlich nur.

    aber eben das war schon oft genug so gewesen und wird sicher bis 100MP sich auch noch regelmäßig fortsetzen.
    Zudem du bei ausreichender Druckgröße auch bei 36MP Moire sehen kannst. Also das es in der Praxis nicht auffällt ist einzig bei runterskalierten Webauflösungen der Fall, wo man die 36MP oder so eh nicht ausspielen kann. Jedes mal wenn man die volle Auflösung ausnutzt, wird auch Moire sichtbar werden.

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