Myterna om brus

[LGK]

Det pratas ju väldig mycket om brus när man jämför olika digitalkameror och det påstås ju allt som oftast att sensorstorlek och pixelantal påverkar brusnivån i bilden.

Många är vi som drömmer om en stor sensor och en del vill även ha färre pixlar, allt för att få så lite brus som möjligt i våra bilder. Men är det verkligen så?

Jag har hittat en massa tester där man jämför stora och små sensorer. Alla verkar komma fram till samma slutsats: Stora sensorer brusar mindre. De som ger sig på en förklaring hänvisar ofta till antalet fotoner som sensorn träffas av. Det låter ju ofta självklart men är det verkligen så?

Tittar man närmare på testerna som genomförs så märker man att förutsättningarna är helt olika för de olika sensorerna. Ofta har man kompenserat brännvidden för att få samma avbildning på sensorerna men bländaröppningen är i alla tester olika (större på de större sensorerna) och för att få samma slutartid har man kompenserat med ISO-värdet.
Detta leder ju självklart till att den mindre sensorn brusar mer. Om man däremot ser till att avbildning, skärpedjup och slutartid är identiska så är jag inte lika säker på att man kommer se så stor skillnad.

Det är även många som beklagar sig på att tillverkarna har alldeles för många pixlar i sina kameror med den följd att bilderna blir brusiga. Självklart är den höga upplösningen oanvändbar vid höga ISO-tal, men det är relativt lätt att minska upplösningen (tex i efterbearbetningen) och då få ned bruset till motsvarande nivå. Om det däremot är tillräckligt ljust så kan man få ut alla pixlar och kan tex ha möjlighet till att beskära bilden.

Efter att ha uppgraderat från kompakt till systemkamera har jag kommit till viss insikt.

1) Sensorstorlek påverkar inte brusnivån i min bild.
2) Pixelantalet påverkar inte brusnivån i min bild.
3) Optiken (brännvidden/bländaren) och slutartiden påverkar däremot brusnivån i min bild pga av att jag måste ställa upp/ned förstärkningen (ISO-talet)
4) Teknologin (CMOS/CCD, förstärkare, brusreducering etc.) påverkar till viss del brusnivån i min bild (Och man kan ju anta att dyrare kameror har dyrare/bättre teknologi = mindre brus)

Allt under antagandet att exponeringen är korrekt.

Är det inte dags att döda myterna en gång för alla?

/Lasse

Några referenser:
http://www.fotosidan.se/forum/showthread.php?threadid=90522
http://www.kenrockwell.com/tech/full-frame-advantage.htm
http://www.photo.net/equipment/digital/sensorsize/
http://www.fotosidan.se/forum/showt...=15&highlight=sensorstorlek brus&pagenumber=1
http://www.fotosidan.se/forum/showt...rpage=15&highlight=sensorstorlek&pagenumber=1
osv...

 

[Krille]

Enda kommentaren jag orkar skriva är att du är ute och cyklar. Myten är ingen myt.

 

[Jeppe]

LGK skrev:
Efter att ha uppgraderat från kompakt till systemkamera har jag kommit till viss insikt.

1) Sensorstorlek påverkar inte brusnivån i min bild.

Jo, det gör det - men du ser det först på högre ISO

LGK skrev:
2) Pixelantalet påverkar inte brusnivån i min bild.

Korrekt, det gör det inte. Bara storleken på pixlarna.

LGK skrev:
3) Optiken (brännvidden/bländaren) och slutartiden påverkar däremot brusnivån i min bild pga av att jag måste ställa upp/ned förstärkningen (ISO-talet)

Mmmm.. men det har inte lika mycket med saken att göra, som att du måste använda längre tider och därmed mer brus.

LGK skrev:
4) Teknologin (CMOS/CCD, förstärkare, brusreducering etc.) påverkar till viss del brusnivån i min bild (Och man kan ju anta att dyrare kameror har dyrare/bättre teknologi = mindre brus)

Inte bara till en viss del. Utläsningen och hur datan tolkas har stor betydelse för den slutgiltiga bilden.

 

[pallep]

" Om man däremot ser till att avbildning, skärpedjup och slutartid är identiska så är jag inte lika säker på att man kommer se så stor skillnad."


Det är väl här man hittar ditt korn av sanning.
om jag ska ha identiskt skärpedjup på min kompakt jämfört med en nikon D3 så får jag ju blända ner en hel del på D3:n vilket innebär högre iso på D3;n för samma exponering.
Men eftersom kompakter ser ut som skit redan på iso 200 så undrar jag om inte nikonen fortfarande är bättre.

 

[perstromgren]

Men kan bortse ifrån optiken; ta en bild av insidan av objektivlocket på 1 sekund med ISO 800 (säg) och jämför resultatet. Då är bländaren och brännvidden borta ur bilden(!).

Om du tycker att exponeringstiden inte bör vara samma på en kompakt och en DSLR, så får du förklara dig mer.

Per.

 

[tannler]

Fel - gör om - gör rätt.

Jag delar inte Dina slutsatser, men är intresserad av de tankegångar som ledde fram till dem - inte för att gotta mig åt vurpan, utan för att förstå var det kan gå tokigt i en enkelt undersökning i ett genomtröskat ämne.

 

[Paragrafryttaren]

Detta är väl snarast ett utfall av den vanliga regeln om att det till varje komplext problem finns ett enkelt, genialiskt men fullständigt felaktigt svar.

 

[pallep]

Tycker Lars resonemang kan liknas lite vid att en ferrari och en trabant har samma toppfart om man kastar dem i sjön.

 

[Danlo]

pallep skrev:
Tycker Lars resonemang kan liknas lite vid att en ferrari och en trabant har samma toppfart om man kastar dem i sjön.

Haha, dagens pris!

Jag tycker också det Lars resonemang låter väldigt långsökt..

 

[LGK]

Härligt att ni reagerade!

Kan någon förklara varför en större sensor skulle ha mindre brus (Om man har samma bländaröppning (absolut värde inte relativt värde vilket innebär att skärpedjupet är det samma), samma exponeringstid och samma avildning på sensorn?

/L

 

[pallep]

LGK skrev:
Härligt att ni reagerade!

Kan någon förklara varför en större sensor skulle ha mindre brus (Om man har samma bländaröppning (absolut värde inte relativt värde vilket innebär att skärpedjupet är det samma), samma exponeringstid och samma avildning på sensorn?

/L

För min del orelevant att då jag/man fotograferar inte på det sättet, en av anledningarna till att jag köpte en systemare var just det mindre skärpedjupet, då bländar jag ju inte ner hela tiden för att ta "kompaktbilder".


Men jag har jag inte en aning om svaret på din fråga.

 

[LGK]

Och jag valde systemkamera av samma anledning (samt få en snabb autofokus), men det var ju inte det tråden handlade om.

Om man vill jämföra två kameror bör man väl ändå jämföra hur det blir att ta samma bild (exponeringstid, skärpedjup och avbildning (vinkel)). I tex Kens jämförelse, så har han ju ökat skärpedjupet på den mindresensorn. Enligt mitt tycke är det orättvist att då försöka sig på en jämförelse. Då kan man ju lika gärna säga att en Canon 5D är bättre än en Nikon D3 om Nikon har dubbla skärpedjupet.

Man kan ju inte rakt av jämföra bländartal och ISO-tal när man jämför olika sensorer.

Vi kan ju tänka oss att göra jämförelsen i den analoga världen.
Tänk er att vi bara utnyttjar en del av filmen (tex en cropfaktor 1,5) i en småbildskamera. För att få samma avbildning måste vi minska brännviden med en faktor 1,5. För att få samma skärpedjup måste vi minska bländartalet med faktor 1,5. Vad händer då med slutartiden, jo den måste minskas med en faktor 1,5 och de vill vi ju inte om vi vill ha en rättvis jämförelse, utan vi byter film med ett isotal som är 2,25 (1,5 i kvadrat) ggr mindre.

/L

 

[LGK]

Krille skrev:
Enda kommentaren jag orkar skriva är att du är ute och cyklar. Myten är ingen myt.

Synd att du inte vill delge dina kunskaper. Det undertrycker ju dessvärre att det verkligen är en myt (eller två)

/L

 

[LGK]

perstromgren skrev:
Men kan bortse ifrån optiken; ta en bild av insidan av objektivlocket på 1 sekund med ISO 800 (säg) och jämför resultatet. Då är bländaren och brännvidden borta ur bilden(!).

Om du tycker att exponeringstiden inte bör vara samma på en kompakt och en DSLR, så får du förklara dig mer.

Per.

Jag var kanske otydlig, men visst ska exponeringstiden vara densamma. Likaså avbildningen på sensorn (skärpedjup och vinkel)

Detta blir väl svårt utan att ha en brännvidd och en bländare?

/L

 

[iBoat]

Vad man får ut ur en kamera är väl ändå det viktigaste? Fotoner hit och fotoner dit... Jag struntar i fotoner och konstaterar att en större sensor ger brusfriare bilder vare sig man kör med Nikon D3 eller Canon Eos 1Ds Mark III. Ännu bättre blir det i mellanformatet med t.ex Hasselblad eller Phase One med mera!

Låt fotonerna härja fritt, bara jag får bra bilder.

/Mats

 

[mnorden]

Man kan resonera så här:

Tänk dig två bildsensorer av samma storlek. Den ena har 2 Mpix och den andra har 8 Mpix. Vi antar att samma bild infaller på båda sensorerna. På sensorn med fler pixlar får vi bara en fjärdedel så mycket ljus per pixel. Bruset från analoga signalvägar, förstärkning och ad-omvandling kommer alltså att, i förhållande till ljusmängden, vara fyra gånger så stor på 8 Mpix sensorn.
Ok... men för att jämföra bilderna summerar vi pixlarna fyra och fyra på 8 Mpix sensorn. Har man läst lite statistik vet man att standardavvikelsen för bruset minskar med sqrt(N), allltså roten ur antalet element man medelvärdesbildar. Det betyder alltså att när man summerat sina fyra pixlar, vilket nu motsvarar samma ljusmängd, blir det medelvärdesbildade bruset fortfarande 2 ggr större än för 2 Mpix sensor (sqrt(4) = 2).

Alltså! För två sensorer av samma storlek kommer den med färre pixlar att ha lägre brus. Om man då ändå vill ha ett större antal pixlar med samma låga brus återstår bara att göra sensorn större.

En större sensor ställer naturligtvis helt andra krav på optiken men faktum kvarstår. Större pixlar ger lägre brus.

 

[paddmannen]

LGK skrev:
Härligt att ni reagerade!

Kan någon förklara varför en större sensor skulle ha mindre brus

/L

Vad det handlar om är pixeldensitet, dvs antalet pixlar per ytenhet. I kompaktkameror ligger pixlarna packade som olyckliga burhöns som hackar varandra i ögonen av all brus-stress.

I systemkameror kan pixlarna götta sig åt massvis med plats i solen eftesom de har en mycket större yta att bre ut sig på, som sprätthöns ungefär.

Det blir alltså mer ljus på varje pixel vilket gör att man inte behöver använda så stark signalförstärkning (Och när man förstärker signalen så förstärker man allt annat också. Detta visar sig som brus)

Som som jag ser det så skulle även en kompaktkamera med den minsta sensorn på marknaden brusa lika lite som en Nikon D3 under förutsättning att sensorerna hade samma pixeldensitet.

En D3 har 12.1MP på en yta av 23.9x36=860.4 mm2, vilket ger 14063 sprätthönspixlar per mm2.

En Nikon Coolpix P5100 har också 12.1 MP. Men dessa är instängda på 7.2x5.35= 38.52 eländiga mm2, vilket ger 312122 burhönspixlar per mm2.


Om nikon, hypotetiskt, skule bygga en coolpix med samma signalbehandling och samma pixeldensitet som en D3 så borde kamerorna i princip ha samma brusegenskaper. Men detta skulle innebära att coolpixen bara skulle ha 0.54MP.....

 

[Anders Östberg]

Från Wikipedia (min markering):
(http://en.wikipedia.org/wiki/Image_sensor_format)

Sensor size

Larger sensors capture images with less noise and greater dynamic range than smaller sensors. The desirable properties of signal-to-noise ratio and sensor unity gain both scale with the square root of sensor area.

As of December 2007, many DSLRs have sensor areas around 370 mm2, while many compact camera sensors have one-fifteenth the surface area: a standard 1/2.5" sensor has a surface area of 24.7 mm2. Thus, a typical DSLR will have a signal-to-noise ratio that is nearly 4 times higher than a compact digital camera.

Because of their larger sensors, DSLRs can generally take high-quality pictures at ISO 1600, 3200, or even higher speeds, while compact cameras tend to produce grainy images even at ISO 400. This problem is exacerbated by pixel count; doubling the number of pixels on the sensor means that each pixel is half the size, and hence will be noisier.

 

[elbe]

Digital fotografi med tillhörande mysterier förklaras av Lars Kjellberg på ett pedagogiskt sätt här:
http://www.qpcard.se/BizPart.aspx?tabId=75&tci=128

http://www.qpcard.se/BizPart.aspx?tabId=76&tci=129

http://www.qpcard.se/BizPart.aspx?tabId=77

Läs och tänk så hittar ni svaren på de flesta frågor...

 

[pallep]

Jo men Lars undrade hur brusnivåerna blir om skärpedjupet är identiskt också.
Äts den större sensorns brusfördel upp då?