Mindre brus vid lägre upplösning?

[Eeros]

Inget av det där är sant. Bruset per pixel minskar om pixelytan blir större, men samtidigt blir den störrre pixelns bidrag till bruset i den färdiga bilden större eftersom den måste visas i en större skala jämfört med en mindre pixeln. Resultatet blir plus minus noll.

Så det spelar ingen roll om pixlarna i sensorn är stora som i Nikons D3X eller små som i en billig pocketkamera, i slutändan brusar de lika mycket eftersom den större pixelns brus syns mera än vad lilla pixelns brus gör? Det spelar enligt ditt resonemang ö.h.t. ingen roll vad pixlarna har för storlek, alla brusar de lika mycket. Du låter övertygad, men när jag tittar på bilder från olika kameror så har jag svårt att själv bli övertygad - bilderna från kameror med små sensorer och små pixlar brusar så in i norden mera än vad 1Ds MkIII eller D3X gör.

Vad är det jag inte greppar här?

 

[The_SuedeII]

Han menar väl på en lika stor sensor, men det kvittar - han har rent faktamässigt fel, helt enkelt...

Detta är en ganska vanlig "internetmyt" och har ingen som helst verklighetsbackning. Problemet är att ingen tillverkare faktiskt gör två lika stora sensorer med olika uplösning och exakt samma kontroll- och förstärkningselektronik - alltså kan inte folk jämföra exakt rättvist på en färdig bild.

Skillnaden är dock så liten att jag är tveksam till om den gör någon större synlig effekt, men en sensor med lägre (men tillräcklig) upplösning med samma teknik/elektronik som en likadant tillverkad sensor med högre upplösning har mindre ljusförluster innan foton-elektronuppsamlingen, och färre adderade bruskällor (läs-, förstärknings- och kvantiseringsbrus) och alltså i slutändan mindre brus räknat över hela bilden - om man tittar på bådas bilder med samma förstoring. Det kvittar vilken förstoringsgrad man väljer (så länge den lägre upplösta kameran "räcker till"), resultatet är ändå detsamma.

Detta betyder inte att man ska välja en kamera med lägre upplösning för brusets skull, skillnaden är så ytterligt liten att mycket små saker i konstruktionen som helhet kan göra betydligt större skillnad för slutresultatet - bilden.

Men rätt ska vara rätt. Att säga att en mer högupplöst sensor har samma brusegenskaper som en lägre upplöst sensor är helt enkelt en lögn, en faktamässig vilseledning.

Att däremot säga att skillnaden är så liten att det inte har någon betydelse för bilden i slutänden kan/ska ingen säga "sant" eller "falskt" om, det är ju en åsikt och inte ett fakta. Det beror på hur man använder sin kamera.

 

[Shabbadang]

Skillnaden är dock så liten att jag är tveksam till om den gör någon större synlig effekt, men en sensor med lägre (men tillräcklig) upplösning med samma teknik/elektronik som en likadant tillverkad sensor med högre upplösning har mindre ljusförluster innan foton-elektronuppsamlingen, och färre adderade bruskällor (läs-, förstärknings- och kvantiseringsbrus) och alltså i slutändan mindre brus räknat över hela bilden - om man tittar på bådas bilder med samma förstoring. Det kvittar vilken förstoringsgrad man väljer (så länge den lägre upplösta kameran "räcker till"), resultatet är ändå detsamma.

...

Men rätt ska vara rätt. Att säga att en mer högupplöst sensor har samma brusegenskaper som en lägre upplöst sensor är helt enkelt en lögn, en faktamässig vilseledning.

Det där köper jag, verkar logiskt. Det betyder att svaret på min ursprungliga fråga är "kanske"? Jag menar att vid fler pixlar så får man en större förlust av ljus på grund av mellanväggarna, en förlust som kanske inte är försumbar men som tack vare ständigt förbättrad teknik så kan man eliminera följdverkningarna ganska bra. Så pixelbinning skulle kunna ge mindre brus, men det optimala ur brussynpunkt vore en sensor med dagens teknik men med gårdagens pixeldensitet, ungefär som vi ser hos Nikon D3.

Frågan kvarstår dock - får jag mindre brus om jag använder min 12 MP sensor vid 6MP - på pixelnivå (granskning vid 100% zoom)?

 

[joand]

Han menar väl på en lika stor sensor, men det kvittar - han har rent faktamässigt fel, helt enkelt...

Läs resten av mina kommentarer också, tack.

/John

 

[Shabbadang]

"Diverse fotosajter", inklusive dpreview, ägnar sig åt att studera bilder i 100% skala. Det leder till felaktiga slutsatser. Bilder skall jämföras i samma storlek.

För det första är inte signalen från mindre pixlar "svagare". Däremot är mindre pixlar brusigare, men eftersom fler pixlar får plats på samma yta när de blir mindre så kommer det större antalet att motverka det större pixelbruset. Rent teoretiskt blir resultatet plus minus noll. I praktiken är det inte nödvändigtvis så av alla möjliga tillverkningstekniska orsaker, men nån direkt koppling finns inte.

OK om man jämför bilder i samma utskriftsstorlek istället för vid på pixelnivå (zoom 1:1) så utjämnas bruset. Det kan nog vara sant, men själva vitsen med fler pixlar är ju att man ska för mer detaljer i bilden så att man kan skriva ut den större. Att använda fler pixlar för att beskriva samma detaljnivå är i så fall bara slöseri med lagringsutrymme. Man (jag i alla fall) har ju hellre en bild med lägre upplösning men där varje pixel bidrar med detaljer än en bild med högre upplösning där många pixlar inte säger något.

Återigen till frågan: kan man minska bruset genom att använda sensorn i en lägre upplösning än den nominella? Vi har fått ett svar som säger ja, men för att halvera bruset räcker det inte med att halvera pixelantalet, utan måna måste ner på 1:4 eller 1:6. Det betyder att man får en allt för liten bildfil. Kombinerat med det du säger så borde det betyda att det inte lönar sig att gå ner i upplösning för att minska bruset, för då förlorar man för mycket detalj i förhållande till vad man vinner i klarhet och att det bästa då ändå blir att använda sensorn i full upplösning och eventuellt skala ned bilden något i datorn.

 

[joand]

Så det spelar ingen roll om pixlarna i sensorn är stora som i Nikons D3X eller små som i en billig pocketkamera, i slutändan brusar de lika mycket eftersom den större pixelns brus syns mera än vad lilla pixelns brus gör? Det spelar enligt ditt resonemang ö.h.t. ingen roll vad pixlarna har för storlek, alla brusar de lika mycket. Du låter övertygad, men när jag tittar på bilder från olika kameror så har jag svårt att själv bli övertygad - bilderna från kameror med små sensorer och små pixlar brusar så in i norden mera än vad 1Ds MkIII eller D3X gör.

Vad är det jag inte greppar här?

"Spelar ingen roll" menar jag inte. Däremot betyder det faktum att en mindre pixel brusar mer inte att det blir mer brus i den färdiga bilden.

Här är ett illustrativt exempel:
http://forums.dpreview.com/forums/readflat.asp?forum=1018&thread=28607494&page=1

Detta är en jämförelse mellan pixlar som är 1.97 mikrometer och 5.7 mikrometer stora. För att eliminera skillnad i sensorstorlek så har man skurit ut två lika stora utsnitt ur de två sensorerna. De små pixlarna har självklart *mycket* mer brus än de stora, men när man skalar om bilderna så de blir lika stora så försvinner skillnaden. Jämför de två stora eller de två små infällda bilderna.

Det är olika sensorteknik, och det betyder inte att man skulle kunna skala ner 400D-kamerans pixlar till 1.97 mikrometer med bibehållen kvalitet, men det visar att små brusiga pixlar inte nödvändigtvis är dåliga.

/John

 

[joand]

OK om man jämför bilder i samma utskriftsstorlek istället för vid på pixelnivå (zoom 1:1) så utjämnas bruset. Det kan nog vara sant, men själva vitsen med fler pixlar är ju att man ska för mer detaljer i bilden så att man kan skriva ut den större. Att använda fler pixlar för att beskriva samma detaljnivå är i så fall bara slöseri med lagringsutrymme. Man (jag i alla fall) har ju hellre en bild med lägre upplösning men där varje pixel bidrar med detaljer än en bild med högre upplösning där många pixlar inte säger något.

Återigen till frågan: kan man minska bruset genom att använda sensorn i en lägre upplösning än den nominella? Vi har fått ett svar som säger ja, men för att halvera bruset räcker det inte med att halvera pixelantalet, utan måna måste ner på 1:4 eller 1:6. Det betyder att man får en allt för liten bildfil. Kombinerat med det du säger så borde det betyda att det inte lönar sig att gå ner i upplösning för att minska bruset, för då förlorar man för mycket detalj i förhållande till vad man vinner i klarhet och att det bästa då ändå blir att använda sensorn i full upplösning och eventuellt skala ned bilden något i datorn.

Är "själva vitsen" med en kamera med fler pixlar alltid att skriva ut den större? Det kan jag ju inte hålla med om. Du har ju ett val. Skriv ut stort och få hög upplösning. Skriv ut litet och få lika brusfria bilder som den andra kameran. Då kan du väl inte säga att kameran med små pixlar är sämre? Ändå är det exakt vad man ser om man jämför bilderna i 100%, som dpreview gör.

Jag vet inte vad Suede svamlar om när han pratar om att brus inte minskar linjärt med nedskalning. Det har ingen påstått vad jag kan se. Om du interpolerar ner bilden tillräckligt mycket och behåller utskriftsstorleken så börjar den förr eller att se suddig ut, och då syns förstås bruset mindre också, men jag antar att det inte är det du fiskar efter.

I andra fall så hjälper inte ned-interpoleringen, eftersom ögat iallafall gör en medelvärdesbildning av pixlarna om du står tillräckligt långt borta. Det enkla svaret är alltså nej, du tjänar inte på att minska upplösningen. Det är samma tankefel som i det tidigare fallet. Att de enskilda pixlarna är brusiga betyder inte automatiskt att bilden blir brusig.

/John

 

[joand]

Detta är en ganska vanlig "internetmyt" och har ingen som helst verklighetsbackning. Problemet är att ingen tillverkare faktiskt gör två lika stora sensorer med olika uplösning och exakt samma kontroll- och förstärkningselektronik - alltså kan inte folk jämföra exakt rättvist på en färdig bildsensor.

Du får gärna föra tesen att två helt identiska kameror som inte existerar i verkligheten och vars enda parametrar som skiljer sig är pixeldensitet (lär inte hända) har en viss skillnad i brusegenskaper (och du har ingen aning om hur mycket, eller om det ens är synbart). Jag säger inte emot det, och det har inget med min poäng att göra, vilket bör framgå. Jag tycker det ser ut som att du bara letar efter nåt att angripa.

Den "internetmyt" du pratar om är inte den vanliga. Den vanliga myten är att små pixlar är sämre eftersom de brusar mer (det är ju lätt att se). Dpreview späder på den myten med sina felaktiga brusjämförelser. Det bästa vi har att tillgå är Dxo. Där kan man inte bara jämföra pixelbrus, utan även bildbruset vid samma utskriftsstorlek, vilket är mycket mer relevant.

/John

 

[perstromgren]

Har vi svarat på originalfrågan?

"Min fråga är ifall man reducerar bruset om man använder en lägre upplösning än kamerans maximala; till exempel om man tar ut 6 MP istället för maximala 12 MB i besvärliga situationer? Eller är det så att två pixlar med halvdålig signal inte ger en pixel med god signal?"

Det vi diskuterat i de senaste inlägget är ju en jämförelse mellan två kameror, inte samma kamera med inställning för lägre upplösning (eller pixel binning).

Ni kanske har svarat, men jag bara missade det i hastigheten.

Per.

 

[joand]

Har vi svarat på originalfrågan?

"Min fråga är ifall man reducerar bruset om man använder en lägre upplösning än kamerans maximala; till exempel om man tar ut 6 MP istället för maximala 12 MB i besvärliga situationer? Eller är det så att två pixlar med halvdålig signal inte ger en pixel med god signal?"

Det vi diskuterat i de senaste inlägget är ju en jämförelse mellan två kameror, inte samma kamera med inställning för lägre upplösning (eller pixel binning).

Ni kanske har svarat, men jag bara missade det i hastigheten.

Per.

Jag tycker jag har svarat i de två sista styckena i inlägg #27 ovan.

/John

 

[wfrank]

...

Det finns en evighetslång (och bitvis intressant tråd) som diskuterar sambandet brus/upplösning. Jag hoppas någon ser till att detta inte utvecklas till en repris på den tråden!

Lyckligtvis är det här internet och inte Nordkorea, så skriv på! Mycket intressantare följa en ny tråd i ämnet än att plöja nåt gammalt även om det kan finnas kloka saker där. Nytt folk och nya tankar kan alltid ge intressant läsning.

 

[The_SuedeII]

John, då ber jag ärligt menat om ursäkt för missförståndet...

Många av svaren är inte speciellt tydliga i att frågan här är:
"Samma sensor, samma kamera" och
"Nersamplad till lägre upplösning"

Och därför blev jag (opåkallat) irriterad över en del faktafel som jag inte anser bör spridas vidare...


Mitt svar på orginalfrågan:

- Eftersom bruset inte är fördelat "rätt" pga av Bayerinterpoleringen så förlorar man ca 50% av brusminskningseffekten i den första halveringen av upplösningen (t.ex 10 till 5 MP). Efter detta avtar brusstyrkan med roten på upplösningsförminskningen... MEN:

- Man bör/måste även räkna med att bruset blir mer finfördelat när man förminskar en bild, finfördelat brus uppfattar vi (som människor i genomsnitt) som mindre störande även om det har samma styrka!

- Tittar man på Canon t.ex så verkar det inte som om samplingen av raw-bilden är exakt densamma mellan de olika s-raw-formaten (en sraw är inte raw längre, den är en lossless-jpg YCrCb). Det är alltså fullt möjligt att kameratillverkarna räknar in mer omkringliggande information till samma bildpunkt när man förminskar automatiskt i kameran! - Jmf med att raw-konvertera och förmiska i efterhand då. Detta är en fördel, iaf för färgnogrannheten.


I slutändan så beror svaret på hur vi uppfattar brus, rent personligen. Vissa tycker att mer brus - om det är finfördelat - är mindre störande än grövre fördelat ("större") brus med lägre densitet.
Vissa tycker tvärtom... Alltså får man olika svar beroende på vem man frågar, och detta är ju varken konstigt eller "fel".

 

[joand]

Eftersom bruset inte är fördelat "rätt" pga av Bayerinterpoleringen så förlorar man ca 50% av brusminskningseffekten i den första halveringen av upplösningen (t.ex 10 till 5 MP). Efter detta avtar brusstyrkan med roten på upplösningsförminskningen...

Så bra att vi är ungefär överens då, men jag blir nog tvungen att ifrågasätta det där tyvärr. Nu har jag inte gjort några mätningar själv, men andra har:

http://forums.dpreview.com/forums/readflat.asp?forum=1000&message=30411131

Kan du styrka ditt påstående?

/John

 

[joand]

Mitt svar på orginalfrågan.

Och jag tycker dessutom att ditt svar är missledande. Även om du rent tekniskt har rätt i att bruset minskar vid nedskalning så tror jag inte att det är det den ursprungliga frågeställaren är ute efter.

Jag tror snarare att han menar, som exempel:

"Min A4-utskrift från en bild tagen i ISO-1600 ser brusig ut. Kan jag göra bilden bättre med pixelbinning (dvs nedskalning) innan utskrift?"

Jag tror att hela frågan bottnar i det missförstånd jag försöker visa på, nämligen att folk vet att binnade pixlar har bättre signal/brus-förhållande, och tror därmed att bilden borde bli bättre.

Mitt svar är fortfarande nej. Det finns inga genvägar till att få bort bruset. Om man skalar ner bilden tillräckligt mycket för att bruset i utskriften synbart skall minska så kommer även detaljerna att bli lidande. Skalar man ner så lite att detaljerna inte blir lidande så minskar heller inte bruset synbart. De hänger ihop. Det finns inget så enkelt sätt att skilja detaljer från brus.

Med alla nödvändiga brasklappar om att jag kanske inte förstår frågeställaren exakt etc etc.

/John

 

[Eeros]

Här är ett illustrativt exempel:
http://forums.dpreview.com/forums/readflat.asp?forum=1018&thread=28607494&page=1

Detta är en jämförelse mellan pixlar som är 1.97 mikrometer och 5.7 mikrometer stora. För att eliminera skillnad i sensorstorlek så har man skurit ut två lika stora utsnitt ur de två sensorerna. De små pixlarna har självklart *mycket* mer brus än de stora, men när man skalar om bilderna så de blir lika stora så försvinner skillnaden. Jämför de två stora eller de två små infällda bilderna.

Hmm, jag får ta och begrunda det där och se om jag får någon rätsida på det (inne i mitt huvud).

 

[The_SuedeII]

Nu förstår jag inte John...

Gäller frågan samma sensor, men nerskalad, eller två helt olika sensorer?

Denna fråga är ganska berättigad, kompaktkameror har nämligen brusvärden som per foton är mycket lägre än DSLR-kameror... Av orsaker som inte riktigt går att applicera på två lika stora sensorer.

Först skäller du på mig för att jag svarat missvisande, och sedan tar du upp ett exempel jämförande en kompaktkamera med 8x5mm sensor och en kamera med 22.5x15mm sensor. Hm.

 

[joand]

Nu förstår jag inte John...

Gäller frågan samma sensor, men nerskalad, eller två helt olika sensorer?

Denna fråga är ganska berättigad, kompaktkameror har nämligen brusvärden som per foton är mycket lägre än DSLR-kameror... Av orsaker som inte riktigt går att applicera på två lika stora sensorer.

Först skäller du på mig för att jag svarat missvisande, och sedan tar du upp ett exempel jämförande en kompaktkamera med 8x5mm sensor och en kamera med 22.5x15mm sensor. Hm.

Mina två sista kommentarer till dig handlar bara om nedskalning av en bild från en sensor.

Mitt exempel är relevant för att visa att många små brusiga pixlar kan ge lika bra bild som få stora mindre brusiga pixlar (vilket är precis vad som händer när man skalar ner en bild). För att visa just detta så spelar pixlarnas ursprung ingen roll. Man kan göra experimentet helt och hållet i photoshop om man vill. Men jag tycker att just det exempel jag visade är lite extra roligt eftersom jag tror att många blir förvånade.

 

[The_SuedeII]

Förvåningen bör väl snarare ligga i hur lättlurade människor är. Eller, vem blir förvånad över detta nuförtiden...?

Brus är ett så mångfacetterat ämne att man komma fram till vilken slutsats man vill helt enkelt genom att "råka glömma" att nämna ett par saker. Som i exemplet du hänvisade till - jag har tittat lite närmre på det nu och läst igenom testproceduren.

Det testaren "råkar glömma" att nämna är:
De goda läsbrusegenskaperna en småformatssensor (eller extremupplösningssensor - vilket man nu vill uttrycka det som) har finns där på bekostnad av mättnadsgraden räknat i fotoner per mm2. De är alltså starkt begränsade i max uppmätt ljusstyrka, och eftersom signal/brus-förhållandet är lika med [mättnadsnivå/brusnivå] så är brusmängden för småformatssensorn fortfarande fullständigt underlägsen en större sensor. Hade det funnits en ljus yta eller en starkare lampa i bilden så hade småformatssensorn alltså "blåst ut" ca 1-2 Ev tidigare - mellan två och fyra gånger mindre ljus kan mätas innan sensorn mättas till vitt.

Samma liknelse finns (men på en mycket lägre nivå) när man jämför två sensorer med samma storlek men olika upplösning.

Detta är fortfarande fullständigt OT, men jag tror trådskaparen har fått de svar som söktes, tidigare...

 

[joand]

Det testaren "råkar glömma" att nämna är:
De goda läsbrusegenskaperna en småformatssensor (eller extremupplösningssensor - vilket man nu vill uttrycka det som) har finns där på bekostnad av mättnadsgraden räknat i fotoner per mm2. De är alltså starkt begränsade i max uppmätt ljusstyrka, och eftersom signal/brus-förhållandet är lika med [mättnadsnivå/brusnivå] så är brusmängden för småformatssensorn fortfarande fullständigt underlägsen en större sensor.

http://www.clarkvision.com/imagedetail/evaluation-canon-s70/index.html

Detta är en småformatskamera med 2.3u stora pixlar.
Maximal dynamik enligt tabell 1 verkar vara vid ISO 50.
Den har då ett läsbrus per pixel på 4.1 elektroner, och en full well capacity på 8200 elektroner.

Vi kan ju för skojs skull jämföra den med ett par andra kameror, varför inte en Canon 50D med 4.7u pixelstorlek? Se "Individual Camera Sensor Data" i tabell 5 längre ner här:
http://www.clarkvision.com/imagedetail/digital.sensor.performance.summary/#dynamic_range

Den har max dynamik vid ISO 200. Full Well är då 16900 elektroner och läsbruset är 7.55 elektroner.

SNR per pixel för 50D är 16900/7.55 = 2238.

För att jämföra prestanda per ytenhet så räknar vi ut hur S70 beter sig på en yta av 4.7*4.7 mikrometer. Signalen ökar proportionellt med ytan. Bruset ökar med kvadratroten ur ytan.

S70 (normaliserat till 4.7u pixelstorlek):
Full well = 8200 * (4.7/2.3)^2 = 34242 elektroner
Read noise = 4.1 * (4.7/2.3) = 8.4 elektroner
SNR (för 4.7*4.7 mikrometer) = 34242/8.4 = 4076

Intressant, eller hur? Ska vi jämföra med Canon 5D Mark II istället?

Den har max dynamik vid ISO 50 och har 6.4u stora pixlar.
Full well: 65700 elektroner
Read noise: 23.5 elektroner

Normaliserat till 4.7u pixlar:
Full well = 65700 * (4.7/6.4)^2 = 35432
Read noise = 23.5 * (4.7/6.4) = 17.2
SNR = 2060

Tyvärr har jag inga bra referenser för data på FZ50, men lite googlande säger pixelstorlek 1.97u, FWC 4800e och RN 3.3e.

Normaliserat:
Full well = 4800 * (4.7/1.97)^2 = 27321
Read noise = 3.3 * (4.7/1.97) = 7.87
SNR = 27321/7.87 = 3471

Det vore lite märkligt om det inte skulle ha smugit sig in nåt litet fel där uppe, men att småbildskamerornas sensorer skulle vara dåliga per ytenhet är inte sant. Detta gäller för bas-iso. För högre iso är de lite sämre.

/John

 

[The_SuedeII]

Det "lilla felet" ovan är att du blandar ihop addering och skalning i samma ekvationsräcka - vilket ger ett fullständigt felaktigt slutresultat. Det befinner sig en Bayerinterpolering mellan mätvärdena du utgår ifrån och resultatet per mm2 sensor, om du inte kan göra en tekniskt korrekt "binning" innan raw-omvandling.

Man kan alltså inte utgå från att [resultatet av] FWC/totalt läsbrus ökar linjärt med yta. Dina uppställningar gynnar alltså mindre pixlar relativt större pixlar med en faktor som närmar sig [1/kvadraten på ytan] jämfört med verkligheten, vilket du kan se stämmer ganska bra när man jämför [verkliga] faktiska mätningsjämförelser mellan 50D och 5D2.

Så, tyvärr köper jag inget av ovanstående.