Många (flera) pixlar inte alltid bara onödigt

[photodo]

Polychromatic pixels

I senaste numret av Hasselblads eminenta tidskrift Victor finns en artikel om sensorer. Rekommenderas! I samma nummer finns även en synnerligen intressant artikel om objektiv.

 

[Maverick]

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Is bigger verkligen better?

joand skrev:
Det kan du säkert spekulera om lika bra som jag, Lars. Jag tror du försöker läsa in mer i vad jag skriver än vad som står där. Jag säger bara att när vi jämför olika kameror så ser vi en starkare korrelation mellan ålder och brusegenskaper än mellan pixelstorlek och brusegenskaper. Det faktum att man kan tillverka en sensor med 2 µ stora pixlar med lika bra prestanda per ytenhet som dagens bästa DSLR är bara ett exempel på den saken, dvs minskad fillfactor vid minskad pixelstorlek ser inte ut att vara ett så stort problem som du tror.

Jag måste säga att det är första gången jag läser att vi nu ska väga in sensorns ålder i vår utvärdering.

I så fall är jag benägen att hålla med om att en ny liten pixel är bättre än äldre gammal. Fast det vet jag ju å andra sidan inte om det har så mycket med pixelstorleken att göra utan har väl mer med allmän teknikutveckling att göra. Det mest intressanta är väl att jämföra två lika gamla/nya pixlar.

Men om nu små pixlar skulle vara bättre på brusegenskaper, varför envisas tillverkarna med att använda stora pixlar när dom kan? Eller är alltihop bara ett tankeexpriment i teoretisk fysik som saknar all betydelse för praktiskt fotograferande? Ungefär som att det för lekmannen inte finns något motstånd i rymden medan utbildade astronomer har en annan uppfattning.

/Maverick

 

[photodo]

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Is bigger verkligen better?

joand skrev:
Är "per ytenhet" svårt att förstå?

Du har en irriterande ovana att besvara frågor med motfrågor John. "Per ytenhet" är generellt lätt att förstå. Vad du menar med samma begrepp är inte lika lätt. Jag föredrar begrepp som "per bild" eftersom det är det det handlar om i slutändan. Så du får gärna förklara – utan att avsluta med ett frågetecken.

 

[joand]

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Is bigger verkligen better?

photodo skrev:
Kan du inte bara tala om vilken kamera du menar? Du behöver inte leta upp några länkar åt mig.

Jag menar alla. FZ50-sensorn ligger i toppklass, eller t.o.m. överträffar moderna DSLR på marknaden när det gäller t.ex. ljusinsamlingsförmåga per ytenhet, trots sina små pixlar.

Jag säger inte att det är tekniskt möjligt att skala upp en sådan sensor till DSLR-storlek, eller ens att det är önskvärt. Den skulle t.ex. bli för långsam.

 

[joand]

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Is bigger verkligen better?

photodo skrev:
Du har en irriterande ovana att besvara frågor med motfrågor John. "Per ytenhet" är generellt lätt att förstå. Vad du menar med samma begrepp är inte lika lätt. Jag föredrar begrepp som "per bild" eftersom det är det det handlar om i slutändan. Så du får gärna förklara – utan att avsluta med ett frågetecken.

Orsaken till att jag låter irriterad är att den här debatten har pågått i 18 sidor, och att det du tar upp känns som frågor som redan är avklarade några varv. Jag har förståelse för att du inte vill lusläsa alla 18 sidor, men du får ha förståelse för att jag inte vill börja om från början varje vecka när det droppar in en ny debattant.

 

[Johannes-S]

Re: Is bigger verkligen better?

photodo skrev:
Sedan DR. Den stora pixeln rymmer fler elektroner än den lilla. Det finns ett tydligt förhållande mellan kiselyta och antalet elektroner. OK, den större ytan träffas även av mer ljus, men å andra sidan så kan vi börja räkna elektroner i skuggpartierna tidigare än när vi använder små pixlar. DR blir högre med stora pixlar. För att återknyta till liknelsen med regnmätare, så blir det i praktiken så att de små regnmätarna fylls snabbare, de är inte lika höga. Om en veckas oavbrutet regn precis fyller den stora regnmätaren, så kanske de små regnmätarna är fyllda redan efter två dagar. Med små regnmätare vet vi exakt vad som hände de två första dagarna, men sedan vet vi inget om hur mycket det regnade.

Det här resonemanget är uppenbart felaktigt. Den korrekta liknelsen är att de små regnmätarna är smalare men lika höga som den stora. Eftersom regnet faller med en viss täthet per ytenhet kommer de små och de stora att fyllas exakt samtidigt. Likadant är det med pixlar, om vi förutsätter att fill factorn är densamma. Full well capacity har alltså ingen betydelse för DR per ytenhet.

Däremot har läsbruset betydelse för DR. Men det går inte direkt att avgöra vilket som ger bäst DR eftersom, som John var inne på, läsbruset är lägre för mindre pixlar. Det relvanta måttet vore att definiera ett läsbrus per ytenhet i stället för per pixel. Egentligen borde man definiera allting per ytenhet, även full well capacity.

 

[joand]

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Is bigger verkligen better?

Maverick skrev:
Men om nu små pixlar skulle vara bättre på brusegenskaper, varför envisas tillverkarna med att använda stora pixlar när dom kan?

Nu är vi inne på området spekulationer, men jag är rätt säker på att en faktor är hastighet. En DSLR måste vara snabb, och det tar tid att läsa ut många pixlar om man vill ha hög kvalitet på utläsningen.

 

[Johannes-S]

photodo skrev:
Q: Is it correct to assume that the extra circuits on a CMOS pixel takes the same space on a small and a big pixel? Will fill factor increase with bigger pixels?

A: Yes, if you stay with the same fabrication technology, the circuit area remains the same.

Nu spekulerar jag lite, men jag misstänker starkt att små sensorer (med små pixlar) tillverkas med mindre linjebredd än stora sensorer, helt enkelt eftersom det är så väldigt svårt och dyrt att tillverka stora kretsar. Den senaste fotolitografiska tekniken är ju främst anpassad för småkretsar till datorprocessorer och minnen.

Därmed kan man förmodligen upprätthålla fill factor för små sensorer med små kretsar. Men det innebär förstås också att det är svårt att öka antalet pixlar för stora sensorstorlekar utan att minska fill factor, så länge man inte byter tillverkningsprocess.

 

[Maverick]

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Is bigger verkligen better?

joand skrev:
Nu är vi inne på området spekulationer, men jag är rätt säker på att en faktor är hastighet. En DSLR måste vara snabb, och det tar tid att läsa ut många pixlar om man vill ha hög kvalitet på utläsningen.

Fast nu innehåller ju en DSLR betydligt fler pixlar än en kompakt(generellt sett), tänker på t ex 1Ds och den är väl snabbare än de flesta kompakter jag känner till iaf. Över huvud taget så upplever jag en DSLR som snabbare än en kompakt.

/Maverick

 

[joand]

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Is bigger verkligen better?

Maverick skrev:
Fast nu innehåller ju en DSLR betydligt fler pixlar än en kompakt(generellt sett), tänker på t ex 1Ds och den är väl snabbare än de flesta kompakter jag känner till iaf. Över huvud taget så upplever jag en DSLR som snabbare än en kompakt.

/Maverick

Den skulle inte vara så snabb om den hade pixlar små som en kompaktkamera, eftersom den då skulle ha 200-300 megapixlar.

 

[Maverick]

Johannes-S skrev:
Nu spekulerar jag lite, men jag misstänker starkt att små sensorer (med små pixlar) tillverkas med mindre linjebredd än stora sensorer, helt enkelt eftersom det är så väldigt svårt och dyrt att tillverka stora kretsar. Den senaste fotolitografiska tekniken är ju främst anpassad för småkretsar till datorprocessorer och minnen.

Därmed kan man förmodligen upprätthålla fill factor för små sensorer med små kretsar. Men det innebär förstås också att det är svårt att öka antalet pixlar för stora sensorstorlekar utan att minska fill factor, så länge man inte byter tillverkningsprocess.

Nja, det är inte särskilt svårt att tillverka stora kretsar. Men bortfallet är betydligt större. Jag har förklarat det tidigare hur processen funkar. Sensorerna tillverkas på nått som kallas wafers och är stora som en cd-skiva ungefär. Problemet med dessa är att upp emot 70%, en gammal siffra men den har legat stadigt länge innan så..., av den skivan är dålig när allt är klart. Bränner man ut 10' transistorer så gör det inte så mycket eftersom vi har 3' kvar som är ok. Nu minns jag inte hur många ff-sensorer som ryms på en wafers men sannolikheten att samtliga sensorer är kassa är rätt stor och det driver upp priset på dem som faktiskt är ok. Källa till detta är Micronic.

/Maverick

 

[Maverick]

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Is bigger verkligen better?

joand skrev:
Den skulle inte vara så snabb om den hade pixlar små som en kompaktkamera, eftersom den då skulle ha 200-300 megapixlar.

Nä, men den har ju fortfarande 3ggr så många pixlar och är fortfarande betydligt snabbare. Således skulle vi kunna trycka upp upplösning betydligt högre med obefintlig prestandaförsämring.

Om vi talar om de mängder som 2-300 megapixlar så känns hela den här debatten som rätt hjärndöd eftersom ingen kamera ens är i närheten.

/Maverick

 

[joand]

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Is bigger verkligen better?

Maverick skrev:
Således skulle vi kunna trycka upp upplösning betydligt högre med obefintlig prestandaförsämring.

Det är möjligt, men det är knappast varken lätt eller billigt.

 

[macrobild]

Re: Re: Is bigger verkligen better?

Johannes-S skrev:
Det här resonemanget är uppenbart felaktigt. Den korrekta liknelsen är att de små regnmätarna är smalare men lika höga som den stora. Eftersom regnet faller med en viss täthet per ytenhet kommer de små och de stora att fyllas exakt samtidigt. Likadant är det med pixlar, om vi förutsätter att fill factorn är densamma. Full well capacity har alltså ingen betydelse för DR per ytenhet.

Däremot har läsbruset betydelse för DR. Men det går inte direkt att avgöra vilket som ger bäst DR eftersom, som John var inne på, läsbruset är lägre för mindre pixlar. Det relvanta måttet vore att definiera ett läsbrus per ytenhet i stället för per pixel. Egentligen borde man definiera allting per ytenhet, även full well capacity.

Detta stämmer inte, exemplet med att regn faller med viss täthet är inte giltligt, se istället "fotonregnet" som spridda skurar,där en större yta är mer mottaglig för dessa skurar än en mindre.

En större yta kommer därför alltid ha bättre förutsättningar till att generera flera utlästa elektroner än en mindre om alla andra parametrar är likvärdiga mellan den mindre och den större.

 

[StaffanW]

Re: Re: Re: Is bigger verkligen better?

macrobild skrev:
Detta stämmer inte, exemplet med att regn faller med viss täthet är inte giltligt, se istället "fotonregnet" som spridda skurar,där en större yta är mer mottaglig för dessa skurar än en mindre.

En större yta kommer därför alltid ha bättre förutsättningar till att generera flera utlästa elektroner än en mindre om alla andra parametrar är likvärdiga mellan den mindre och den större.

Pratar vi inte om flera små hinkar med samma yta som en stor? Och då borde väl dom många små hinkarna sammanlagt ta emot lika många fotoner som den stora hinken?

 

[macrobild]

Re: Re: Re: Re: Is bigger verkligen better?

StaffanW skrev:
Pratar vi inte om flera små hinkar med samma yta som en stor? Och då borde väl dom många små hinkarna sammanlagt ta emot lika många fotoner som den stora hinken?

Om du rutar in en yta med mer pixlar har du fler avgränsade ytor.Därför vill man packa pixlarna så tätt som möjligt vilket förbättras för varje sensorgeneration, förbättring av microlinser, flera elektroniksteg på sensorn , mindre djupa brunnar osv. Se exv Canons förklaring. Eller Nikon D3 med dubbla microlinser.
Trots detta genererar alltid en mindre pixel lägre signalnivå än en större om alla andra parametrar är lika i konstruktionen .

 

[Maverick]

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Is bigger verkligen better?

joand skrev:
Det är möjligt, men det är knappast varken lätt eller billigt.

Jag tror att det är obetydligt svårare än när man gör det med små sensorer och jag tror att det blir obetydligt dyrare än de stora som tillverkas idag. Kostnaden beror till stora delar på kvalitétsproblem och det drabbar stora som små pixlar i det här fallet. Så det man förlorar är driftstid när det gäller att bränna sensorer om man utgår från att det tar längre tid att bränna små mönster än stora, vilket jag inte är helt övertygad om att det gör.

/Maverick

 

[macrobild]

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Is bigger verkligen better?

Maverick skrev:
Jag tror att det är obetydligt svårare än när man gör det med små sensorer och jag tror att det blir obetydligt dyrare än de stora som tillverkas idag. Kostnaden beror till stora delar på kvalitétsproblem och det drabbar stora som små pixlar i det här fallet. Så det man förlorar är driftstid när det gäller att bränna sensorer om man utgår från att det tar längre tid att bränna små mönster än stora, vilket jag inte är helt övertygad om att det gör.

/Maverick

Fråga Lars
Han är en av de få (här på fotosidan)som har varit på besök hos sensortillverkare,talat med de främsta experterna i världen, diskuterat framtida sensorer osv.

 

[photodo]

Bigger IS better

Jag kan i bild bevisa att större pixlar i praktiken är bättre än små. Den som inte tror mig väljer "vapen". John vill inte berätta vilken kamera han talar och jag gitter inte gå igenom alla sidor igen för att hitta den. Men ta fram en kamera med små pixlar så får ni möta en Nikon D3.

 

[photodo]

Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Is bigger verkligen better?

macrobild skrev:
Fråga Lars
Han är en av de få (här på fotosidan)som har varit på besök hos sensortillverkare,talat med de främsta experterna i världen, diskuterat framtida sensorer osv.

Ni talar nog om två olika saker. StaffanW tror att de små pixlarna är lika "höga" som de stora. Det är de inte. Om de vore lika höga så skulle de fyllas lika snabbt. Mikael talar om fotonbrus (tror jag). När regndropparna (eller fotonerna) faller så gör de det på ett slumpmässigt sätt. Ju fler droppar desto mindre betydelse får avvikelsen. Och detta är ett av problemen med små pixlar. Vi får ett betydligt besvärligare fotonbrus än i stora pixlar. Detta kan man se, framförallt i blått, ända upp i högdagrar vid högre ISO-tal.