Sensors (De)Mystified (Hasselblad, Canon, Nikon, FourThirds, P&S)

[macrobild]

Eftersom diffraktion "airy disk" är ungefär lika med valt bländarsteg exv bl 8 så blir ljusspridningen 8 µm. Att blända ner objektivet mer än till bländare 8 exv till bl 11 eller 16 medför luddighet och oskarpare bild eftersom ljusspridningen täcker fler än en pixel om pixelns storlek är 8 µm.
Det betyder i sin tur att Kodaks nya sensor och om högsta upplösning skall erhållas kan bländas ner till ca 4.75. På en APS stor sensor eller 24 x 36 mm stor sensor är bl 4.75 allt för liten i flertal fall där ett visst skärpedjup önskas..

Hur man skulle kunna påverka en bild positivt i efterhand, dvs en bild med sämre upplösning pga den suddiga effekt som uppstår pga att ljuset träffar flera pixlar istället för en- det förstår jag inte idag.

Vad jag däremot kan inse är att tilluddningen inte alltid kan ses,(vilket jag har visat här på fotosidan) beroende på vad vi själva kan se,betraktningsavstånd mm. Motivet i sig självt spelar här en stor roll. Dvs detaljrikdom, fina linjemönster osv. Dvs sådana detaljer som återger effekten synligt av tillsmetning genom för stor nerbländning.

Mikael

 

[Knight Palm]

deblurring and image restoration via deconvolution

Tack för kommentarer och intressant "tum-regel".

Jag visste inte vad Airy Disk (Sir George Biddell Airy) var för något, men det är tydigen diffraktionsmönstret (Fraunhofer) som uppkommer när ljus passerar genom en för liten öppning, med påföljd att man får koncentriska ytor som är omväxlande mörkare och ljuare och där man kan beräkna den karakteristiska radien till första diffraktionsminimat, s.k. Airy-fläcken. Vidare att man beräkna upplösningen (enligt Rayleigh) såsom radien på Airy-fläcken.

För en viss ljusvåglängd är det tydligen både aperturen och pixelstorleken som bestämmer när ett system är diffraktions-begränsat. Små nalle-kameror (förresten är det nån som säger nallen längre om mobilen?) och kompaktkameror bör ju vara de system som först kommer att begränsas av diffraktion. Sen kopplet av 4-3/Sigma-Foveon/APS-C/DX för dSLR.

Det är nog inte så enkelt att kompensera för diffraktion, men inom mikroskopi-världen använder man redan en avancerad bildbehandlingsalgoritm som kallas deconvolution.

Även teleskopet Hubble började så småningom att se klart med hjälp av denna teknik.

Jag håller det inte för omöjligt att vi även kan få höra talas om deconvolution teknik i framtida kameror? Eller är just diffraktion orsaken till att det s.k. "pixel-racet" så småningom klingar av kanske?

Ref:

• Tutorials: Diffraction & Photography
• Airy disk - Answers.com
• Deconvolution in Optical Microscopy - Olympus Micro
• Airy Disk Basics - Interactive Java Tutorials
• Airy Disks, Numerical Aperture, and Resolution - Java Tutorials

 

[Knight Palm]

Dynamic Range comparison

Letar fram min gamla tråd igen med diverse spekulationer om sensorer...

Kodak är mig veterligen det enda företag som publicerar detaljerade specar över sina sensorer. Sony publicerar specar för sina CCD, men jag har inte kunnat hitta något om deras nyare CMOS sensorer. Från Panasonic finns inga sensordata tillgängliga. Canon har ju varit pionjärer med CMOS för dSLR, så där finns en hel del på nätet. Från Nikon har inte mycket data framkommit ännu om deras nya CMOS-sensorer.

Intressant är att även med små CMOS-sensorer för mobiltelefoni så har man lyckats uppnå häpnadsväckande höga värden på dynamik, se Toshiba. Sålunda är detta med dynamikområde under utveckling, men även olika metoder för färguppdelning har framkommit som nya patent under året.

Hur som helst, beträffande Olympus kameror försedda med CCD-sensorer, så kan man följdaktligen få en uppfattning om deras dynamik från Kodaks datablad. Sen tillkommer ju både analoga och digitala kretsar för att läsa ut och omvandla signalen från sensorerna, så resulterande dynamik minskar även en smula. Som synes så har gamlingen E-1 högst dynamik bland Olympus kamerahus, eftersom dess större pixlar kan hålla mer laddning än de som kom ut senare. (Sensorn i den nya Leica M8 är den som har högst dynamik i denna sammanställning).

Panasonic har även levererat Live MOS sensorer till Olympus. Jag har sett mätningar, där E-330 uppvisat lika dynamiskt omfång som i E-300/E-500. Från andra håll hävdas det att Panasonics DMC-L1 ger en ytterligare förbättring av dynamikomfånget, eventuellt beroende på en senare generation bildbehandlingsprocessor, Venus Engine III. Den nya sensorn i E-410/E-510 är förmodligen densamma som i Panasonics egen DMC-L10, vilken skall vara förbättrad relativt den gamla i L1.

Enligt ett antal inlägg i diverse fora på nätet, så hävddas att DR för de nya E-410/E-510 har en DR i samma härad som hos de tidigare E-330/E-300/E-500. Analys av RAW istället för JPEG ligger till grund för dessa slutsatser. Gamla E-1'an torde ge ½ EV bättre DR, pga den större mättnadsnivån hos dess större pixlar.


Norska www.akam.no har testat både E-400 och E-410, med samma testverktyg som de flesta brukar använda, nämligen Norman Korens Imatest. akam.no anger dynamikomfånget till 10.2 för E-400 vid ISO100, att jämföra med mitt kalkylark där Kodak anger 10.6 EV stops. E-410 något bättre, DR=10.6

E-400 & E-410 Støy
• http://www.akam.no/images/bilder_tester/olympus/e-410/stoy_e-400.png
• http://www.akam.no/images/bilder_tester/olympus/e-410/stoy_e-410.png

E-400 & E-410 Dynamisk omfang
• http://www.akam.no/images/bilder_tester/olympus/e-410/dr.png


Tidigare testade akam.no Canon 40D mot andra Canon kameror:
• http://images.gfx.no/360/360100/dynlo.png
• http://images.gfx.no/360/360099/dynhi.png

Nyligen testade akam.no Sonys a700 mot andra kameror:
• http://images.gfx.no/370/370625/dynlo.jpg
• http://images.gfx.no/370/370626/dynhi.jpg


OBS! JPEG har använts vid akam.no tester, tyvärr användes inte RAW.

De två diagrammen representerar DR-mätningar vid två olika brusvarianser: EV/1 och EV/10, dvs. hi or low guality. Respektive kamerors brusfilter i läge "off" i görligaste mån, för att få med större detaljrikedom, allt enligt akam.no. Samtliga kurvor uppvisar ett liknande beteende med måttliga inbördes avvikelser, undantaget kurvan för kameran med den större sensorstorleken.

Dock avviker DR-mätningarna för EOS 5D och 30D, vilket kan bero på att dessa ändå mätts med viss brusfiltrering. Avvvikelsen mellan EOS 30D och nya EOS 40D är annars anmärkningsvärd.

Ref:

• Sensors (De)Mystified (Hasselblad, Canon, Nikon, FourThirds, P&S) - fotosidan
  
• Image Sensor Solutions - Kodak
• 7.5 Megapixel Live MOS sensor - Panasonic
• 10.1 Megapixel Resolution Live MOS Sensor - Panasonic
  
• Sony Commercializes APS-C size CMOS Image Sensor with Industry-leading 12.47 Effective Megapixel Resolution for use in Digital SLR Cameras
• The LBCAST JFET Image Sensor (Lateral Buried Charge Accumulator and Sensing Transistor array)
• Canon CMOS sensor technology
  
• Toshiba Launches the Dynastron-WD™ CMOS Area Image Sensor Featuring Wide Dynamic Range
• Toshiba Dynastron-WD™ Wide Dynamic Range Technology for CMOS Image Sensors
  
• Articles on Photography - Roger N. Clark
• Spectroscopy, CCD & Astronomy - Christian Buil
  
• Hamamatsu Education in Digital Imaging
• CCD Noise Sources - Hamamatsu Java applet (illustrativa och interaktiva Java-tutorials)
• CCD Noise Sources and Signal-to-Noise Ratio - Hamamatsu Article
• Quantum Scientific Imaging (källor till brus och deras karakteristika i CCD)

 

[Knight Palm]

Uppdatering

.
• Considering the APS-C cluster: (1.5x, 1.6x, 1.7x, 2.0x)
• Four Thirds and µFT (2x) are exactly in between FF135 (1x) and the biggest P&S 2/3" (4x) cameras.
• If we had one ideal sensor size with sqrt(2)=1.414x, that one would reside in between the APS-C cluster (1.5x, 1.6x, 1.7x, 2.0x) and FF135 (1x).

Handicap in EV for FT/µFT and others:
• 0.5 EV difference to Sigma Foveon X3 (1.7x) from Four Thirds (2.0x)
• 0.6 EV difference to Canon EF-S (1.6x) from Four Thirds (2.0x)
• 0.8 EV difference to Nikon DX (1.5x) from Four Thirds (2.0x)
• 1.0 EV difference to fictitious sensor with 1.414x *focal magnification factor*
• 2.0 EV difference to 135FF (1.0x) from Four Thirds (2.0x)
• 3.0 EV difference to Hasselblad (0.7x) from Four Thirds (2.0x)

Comparison between MF, APS-C cluster, P&S, camera phones:
=========================================================
• Hasselblad      (0.7x)   +1EV Handicap
• Hasselblad      (0.8x)

• 135-film        (1.0x)    0EV Reference

• Canon APS-H     (1.3x)
• Leica M8        (1.33x)
• Fiktiv sensor   (1.414x) -1EV Handicap

• Nikon DX        (1.5x)
• Canon APS-C     (1.6x)
• Sigma           (1.7x)
• Four Thirds     (2.0x)   -2EV Handicap

• Fiktiv sensor   (2.828x) -3EV Handicap

• Prosumer   2/3" (3.9x)   -4EV Handicap

• Fujifilm 1/1.6" (4.3x)
• Fujifilm 1/1.7" (4.6x)
• P&S      1/1.8" (4.8x)

• P&S      1/2.5" (6.0x)   -5EV Handicap

• Mobile   1/3.2" (8x) -6EV Handikapp    2.2µ Maicovicon

• Mobile   1/4"  (10x)  UXGA (1600x1200) 2.2µ ADCC-4050
• Phone    1/4"  (10x)        5 Mpix CFP 1.4µ KAC-05020

• Phone    1/5"  (12x)  SXGA (1280x1024) 2.2µ ADCC-3100
• Mobile   1/5"  (12x) -7EV Handikapp   1.75µ ST VD6725
=======================================================
• Mobile 1/2.5"   (6x) -5EV Handicap (Sony Exmor™ IMX060PQ 1.4µm) 12.25Mpix
• Mobile 1/3.2"   (8x) -6EV Handicap (Sony Exmor™ IMX046PQ 1.4µm) 8.11Mpix
• Mobile 1/4.0"  (10x) -7EV Handicap (Sony Exmor™ IMX045PQ 1.4µm) 5.15Mpix

Ref:

• Image Sensors World

 

[Knight Palm]

EV handikapp för olika sensorstorlekar

◊
Jag fick just en fråga om Panasonics pancake objektiv 20mm ƒ/1.7 och vad det motsvarar för andra kamerafabrikat. Har delat upp det i en DOF-betraktelse samt en map. dynamik.

20mm/F1.7 (m4/3) <=> 26mm/F2.2 (DX) <=> 40mm/F3.4 (24x36mm)

1. Förhållandet olika sensorer emellan kan man jämföra i olika skärpedjupstabeller.
Här är ett jämförande exempel för de tre olika sensorstorlekarna, vilket visar att för samma skärpedjup, så fås olika talpar av brännvidd och bländare.

40mm ƒ/3.4 @5m (1.00x 24x36mm)
DOF: [3.79:5.00m:7.31]=3.51m

26mm ƒ/2.2 @5m (1.52x DX)
DOF: [3.78:5.00m:7.34]=3.55m

20mm ƒ/1.7 @5m (2.00x m4/3)
DOF: [3.79:5.00m:7.32]=3.53m

2. Beträffande exponeringen, så gäller att vid en viss belysning så fås samma exponeringsvärden, dvs. trion av bländare, tid och ISO.

3. Kontroversiellt blir kanske resonemanget att relatera dynamiken (signal/brusförhållandet) till de olika sensorstorlekarna. Här är det universella jämförelsemåttet helt enkelt att betrakta sensorarean. Ingen hänsyn är tagen till sensorteknologi eller pixeldensitet.

Matematiskt har jag beräknat handikapp för de olika sensorstorlekarna såsom:
²log(sensor area ratio) to get the EV relationship related to 135-film.

Praktiskt betyder det att med en ljusstarkare och vanligtvis en bättre normal/vidvinkelzoom på en Olympus-kamera, samt med den inbyggda bildstabiliseringen påslagen, så är ofta handikappet gentemot en större kamera med småbildsensor utraderad, (Sony FF135 undantaget). Vad en kamera med småbildsensor dock oftast är bättre på, är möjligheten till kortare skärpedjup.

Ref:

• Räkneövning DX (APS-C) vs. m4/3 - fotosidan
• Image Sensors World
• Harvest Imaging blog

 

[Danlo]

Mycket intressant tråd! Hur ser tekniken ut idag? Vad kommer nästa generation sensorer erbjuda? Vilka spännande nya sensortekniker ser vi runt hörnet??

Det jag skulle vilja se är en teknik som ge mig den otroligt fina övergången mellan högdagrar och utfrätt som negativ färgfilm har... Ligger det långt in i framtiden tror ni?

 

[Knight Palm]

Mycket intressant tråd! Hur ser tekniken ut idag? Vad kommer nästa generation sensorer erbjuda? Vilka spännande nya sensortekniker ser vi runt hörnet??

BSI (backside illuminated) är enbart för små sensorer i storlekar upp till 1/2.5" & 1/1.7", för att erhålla bättre kvantverkningsgrad.

Småbildsensorerna (Canon | Sony | Nikon) som vinner S/N & DOF på sin storlek, dock alltid till en merkostnad. Pixeldensiteten ökar, vilket samtidigt drar upp bildfilernas storlek, som i sin tur komplicerar bildbehandlingsprocessen.

APS-C & m4/3: Bättre metoder för utläsning av data för bättre dynamik, samt för optimering till video och HDR. Elektronisk slutare kommer till de spegellösa kamerorna. (Kan Leica göra en X1 kamera, så kan vi förmodlligen snart också se en lite större entusiast-modell med småbildsensor. Dock inte från Leica, eftersom en sådan skulle konkurrera med M-systemet).

Generellt sett en förfinad signalbehandling. Undrar också när vi får JPEG 2000 eller liknande, med bättre än dagens 8-bit/ch.

Det jag skulle vilja se är en teknik som ge mig den otroligt fina övergången mellan högdagrar och utfrätt som negativ färgfilm har... Ligger det långt in i framtiden tror ni?

Du kan det idag med statiska motiv. Gaffla 5 bilder med 1EV exponeringsskillnad och sammansmält dessa. Vissa kameror har detta inbyggd redan, P&S-kamerorna visar vägen.

P.S:
Själv skulle jag vilja prova simulatorn som omnämns i följande blog:
http://image-sensors-world.blogspot.com/2010/01/new-tool-that-simulates-cmos-and-ccd.html

 

[Knight Palm]

DXO Mark analyserar

Intressant med DXO Mark som är mer än att läsa en statisk tabell, i vilken man konstaterar att sensorarean är huvudparametern för rankingen.

Jag har tidigare haft uppfattningen att CCD-sensorer har bättre färgåtergivning än MOS-dito, men efter att i snart 2.5 år plåtat med E-3 parallellt med E-400, så märkte jag genast att E-3'an färgåtergivning var tillräckligt bra för att i större utsträckning börja med .JPG, i.st.f. enbart .ORF.

DxO Mark tar även upp hur tillverkare balanserar färgåtergivning kontra brusegenskaper, en intressant läsning i referenserna nedan.

Ref:

• An in-depth case study of the use of dxomark.com data - dxomark.com
• Canon EOS 1D Mark IV vs Nikon D3s - dxomark.com
• DxOMark review for the Panasonic Lumix DMC GH1 - dxomark.com
• Panasonic engineer reveals workings of GH2 'dual exposure' sensor - EOSHD.com
• Panasonic GH1 (HD) - fotosidan

 

[Robert L.]

http://www.eoshd.com/entry.php?29-Panasonic-engineer-reveals-workings-of-GH2-dual-exposure-sensor

Väldigt spännande och kul läsning om den nya sensorn Panasonic arbetar med att ta fram..

"A factor of 4 increase in sensitivity will allow the Micro 4/3rds camera to surpass the full frame Canon 5DMkII"

Here are the key points:

•Panasonic have developed a 4K x 2K image sensor (approx. 12 megapixel) based on 'dual exposure technique'
•The sensor is described as having new architecture that tries to improve sensitivity by a factor of 4 or more
•The architecture change is a new design which allows green pixels to be read independently of the blue and red ones on the sensor.
•The green pixels are exposed 4 times longer than the red and blue, thus achieving the sensitivity gain
•Motion artifacts are introduced as a result, but clever signal processing of the red and blue channels corrects the motion artifacts introduced in the green channel by the long exposure
•Red and blue channel gain achieved by pixel binning in 4x4 mode

Om dom nu lyckas med detta kommer det i alla fall täcka mina krav på fotografi i framtiden..

 

[Knight Palm]

Uppdaterad tabell över de vanligaste sensorerna (2011-09)

.
Nya sensorstorlekar tillkommer allt eftersom, nu senast Nikon med sitt 1 System, som ju fyller en lucka mellan gamla prosumerformatet 2/3" och (Micro) Four Thirds. Ganska så tätt mellan de olika formaten upp t.o.m. DX, men sen är det glest vidare uppåt.

■ Ett bättre namn än crop är Focal Magnification Factor för att jämföra utsnittet för en viss brännvidd på kameror med olika sensorstorlekar.

■ Det är förstås vanskligt att jämföra kamerors prestanda när som i tabellen sensorareorna skiljer sig åt dryga 30 gånger. Speciellt när olika sorters konstruktionsarkitekturer tillämpas (CCD/CMOS) samt olika tillverkningsprocesser (FSI-CMOS/BSI-CMOS) med olika pixeltätheter.

Några exempel från tabellen:

Jämförelse mellan en 12 Megapixel 24x36mm småbildskamera med en 12 Megapixel Four Thirds kamera.

■ Här måste vi öppna upp bländaren med 1.94 steg på FT-kameran, för att dess sensor ska få samma ljusmängd som på småbildskameran, dvs. ƒ/1.4 på FT, medan det räcker med ƒ/2.8 på en 24x36mm försedd kamera.

■ Med FT kamerans ljuskänslighet satt till ISO 100, så kan vi öka ISO-inställningen till 100*3.84= ~400 ISO på småbildskameran, för att repsektive sensor skall träffas av lika mängd ljus.

■ Jämför vi sensorareorna, så framgår att en FT-sensor är 26% av en 24x36mm sensor.

■ Vidare att ytan hos en FT sensor utgör 61% av dito för en APS-C (DX) sensor, vilket motsvarar ett handikapp i bländarsteg på ~2/3EV.

■ Kikar vi på de mindre sensortyperna, ser vi att sensorarean för kompaktkameran XZ-1 (sensorn är faktiskt litet större, 1/1.63") är 18% relativt en FT kamera, vilket motsvarar ett -2.44 EV bländarstegs handikapp.

■ En populär sensorstorlek för lång-/super-/zoom-kameror som t.ex. Olympus SZ-30MR är 1/2.3", vilken enligt tabellen erhåller ett handikapp på exakt tre hela bländarsteg till PEN-kamerorna tillhörande Micro Four Thirds.

Ref:

• Tabell över olika sensorstorlekar
• Sensorstorlekar i jämförelse - wikipedia.org

 

[Torparfarsan]

En lös handhållen exponeringsmätare stämmer alltså endast för en enda sensorstorlek. Vid andra sensorstorlekare leder det uppmätta värdet följaktligen till felexponering om man skall tro resonemanget på detta forum. Mycket intressant.
Tänk vad många som genom åren har använt lösa exponeringsmätare till olika filmformat och vad många galna exponeringar de måste ha åstadkommit utan att märka det. Men det är väl lika logiskt som att ett objektivs brännvidd varierar med sensors storlek.
Och att det skulle ta så lång tid att avskaffa de optiska "lagarna". Tack fotosidan för att det äntligen blev gjort!

 

[Knight Palm]

- Vill du läsa tabellen som oxen läser bibeln, var så god.

-Men om det är något du inte förstår, så får du gärna ställa frågor. Siffror och tabeller kan initialt vara mer svårsmält än versmått.

 

[Thomasuser]

Tack!

Har funderat en del på detta på senaste tiden. Tittat på Panasonic G3 och undrat om jag räknat rätt - nu fick jag det bekräftat. Tack!

 

[Knight Palm]

Har funderat en del på detta på senaste tiden. Tittat på Panasonic G3 och undrat om jag räknat rätt - nu fick jag det bekräftat. Tack!

Sensorarean är nog den viktigaste jämförbara parametern, näst efter kretstypen (CCD eller CMOS).
När så många sensorformat nu trängs inom ±2 EV bländarsteg (småbild, DX, EF-S, MFT, CX, prosumer 2/3"), så kan det vara bra att känna till vad t.ex. ett ljuskänsligare objektiv kan göra för att balansera effekten av en mindre sensorstorlek.

Väldigt tydligt är det med kompaktkameran XZ-1 som ju har ett ƒ/1.8 objektiv vilket, parat med den effektiva inbyggda bildstabiliseringen, gör den till ett så allsidigt och smidigt fotoverktyg.

 

[Knight Palm]

Sony published a set of Image Sensor Business presentations

from Semiconductor Business Meeting on Aug 30, 2011:

Här är en intressant företagspresentation från Sonys sensortillverkning med marknadsandelar, marknadssegment och teknologitrender:

Ref:

• Sony Image Sensor Business Presentation
• Part 1 by President of Semiconductor Business Group
• Part 2 by Senior GM of Image Sensor Business Division