Annons

Tankar kring möjliga kamerakonstruktioner

Produkter
(logga in för att koppla)

Makten

Aktiv medlem
Jag är en sån där lirare som kan sitta och fundera över varför vissa tekniska apparater inte är konstruerade på vettigare sätt än med den befintliga tekniken, och jag har på senare tid tänkt väldigt mycket på kamerakonstruktioner. I mina ögon är den digitala systemkameran egentligen otroligt förlegad på sätt och vis, och det borde finnas mängder med saker som lätt skulle gå att förbättra. Haken är ju att de system som redan finns är så etablerade att det inte lönar sig att skapa nya så länge folk är nöjda.
Så, här är några funderingar kring hur man skulle kunna konstruera ett helt nytt system, kom gärna med åsikter och tankar:)

För det första är spegelhuset en detalj som verkar vara ganska negativ för kamerakonstruktionen. Objektivets bakersta lins måste ha ett visst minsta avstånd till filmplanet, och det är tydligen negativt, då det är svårt att få det utgående ljuset i parallella strålar. Dessutom verkar det göra att objektivkonstruktionerna blir mycket mer komplicerade. En mätsökarkamera har ju inte detta problem, och objektiven där är (om jag inte är ute och cyklar) mycket mer kompakta, och det är lättare att göra dem ljusstarka och förhållandevis billiga.
Men utan spegel så blir det ju svårt att se nåt. Det borde man kunna lösa på en mängd olika sätt, till exempel genom elektroniska sökare, eller helt enkelt med mätsökare. Mätsökare är nog inte aktuellt, eftersom man vill kunna använda många olika brännvidder.
En elektronisk sökare borde gå att få tillräckligt bra inom några år, då processorhastigheten och upplösningen i sökaren är tillräckligt god, samt tekniken för själva sökaren är bättre än nu.

Detta spår leder mig in på nästa sak, och det är vad jag skulle kalla genomsiktssökare. Om man tänker sig att man på något sätt kan flytta själva sensorn istället för att ha en spegel som fälls upp, så skulle man kunna ha en optisk sökare mitt bakpå kameran, utan speglar och jox, som antagligen lätt skulle gå att göra enormt ljusstark, skarp och klar. Som en kikare, där man tittar rakt genom objektivet bakifrån.
Detta skulle innebära att man på nåt vis "fäller ner" motsvarande spegeln, fast det då är sensorn istället som flyttar sig till rätt ställe på filmplanet. Inte omöjligt, men antagligen väldigt dyrt. Kanske kunde det vara nåt för riktigt fräsiga kameror med ett användningsområde som inte kräver höga bildhastigheter?

Den tredje funderingen rör både objektivkonstruktion och själva sensorns utformning.
Objektiven är ju idag formgivna för att ge skärpa på ett plan, vilket gör att man måste bygga objektiven med många linser som korrigerar för skärpan i kanterna så att den hamnar just på filmplanet. Om vi då tänker oss att vi istället har en sfärisk sensor, så borde det gå att använda extremt enkla objektiv, med kanske bara en enda lins för korta brännvidder. Detta skulle då förstås göra att sensorn bara är optimerad för en enda brännvidd, vilket ju är en stor nackdel. Men det vore kanske relevant på t ex en kompaktkamera för gatufoto eller liknande, med en fast, mycket ljusstark vidvinkel.
Vore sensorn dessutom rund så skulle man inte behöva bry sig om ifall kameran hålls snett, utan man kunde beskära bilden godtyckligt efteråt:-D Detta i sig innebär förstås att sensorn skulle behöva ha nån slags radiell pixeluppsättning, så det kanske är onödigt avancerat, men ändå. Det borde gå:)

Ja, det var mina funderingar. Jag är säker på att det sitter massa funderare där ute och tänker på liknande saker. Vad har ni för tankar om framtidens kameror? Låt höra!
 
Genomsiktssökaren går ju bort, den ger ju ingen information om skärpedjupet.

Min drömkamera har ingen optisk sökare alls. Det är bara en ljustät låda med en sensor i, en stor och högupplöst realtidsskärm på baksidan och en vidvinkelbälg med generösa förställningsmöjligheter på framsidan. Ungefär som mellisbakstycken men med kontinuerlig utläsning. På en sån kamera kommer man att kunna montera vilka objektiv man vill och få örnkoll på alla förställningar. Rund sensor får den gärna ha, eller åtminstone kvadratisk. Däremot inte sfärisk eftersom det begränsar optikutbudet.

Spegelhuset är för övrigt inte så negativt för optikutformningen när det gäller digitalare, eftersom de ändå lider av vinjettering och annat om man skruvar på "äkta" vidvinklar utan retrofokus.
 
En enkel grej skulle vara att låta bli att fälla ner spegeln mellan bilderna vid seriebildtagning, är väl ingen som har det ännu?
Borde ju ge betydligt högre fps, bara man klarar att ladda data ur sensorn.
 
Själv har jag funderat på själva slutaren. Varför finns det en slutare över huvud taget. Borde man inte elektroniskt kunna trigga start och stopp på exponeringen.

Nu är jag inte insatt i detalj hur sensorerna funkar, men det man i princip gör är att under en viss tid accumulera upp den ström (integration) som alla fotoner som träffar varje pixel ger upphov till. Att styra detta genom att släppa fram fotoner under en viss tid känns ålderdomligt när man skulle kunna styra den tiden under vilken integration sker. Vi har då eliminerat en livstidsbegränsande faktor i kameran.

Detta förutsätter att man integrerar under en lämplig tid map den ljusmängd som kommer in. Vid felexponering fyller man inte accumulatorerna så mycket det går, och man ger upphov till brus.

Ett, i mitt tycke, MYCKET intressant alternativ vore att man fyllde integratorerna tills de var "fulla" och mätte tiden för detta i stället. Tid kan man mäta mycket precist och enkelt och varje pixel har fått så pass mycket ljus att mätbruset reduceras. Vid dåliga ljusförhållanden dominerar trots allt andra bruskällor så reduktionen kanske inte blir så stor.


Denna metod har en dynamisk exponeringstid, olika för alla pixlar i sensorn, och det borde kunna ge ett betydkligt större bitdjup i bilden och därmed minska det begränsade dynamiska omfång som dagens sensorer har och mer efterlikna den analoga filmen.

Vid längre exponeringstider skulle denna metod kunna ge ganska "skojjiga" effekter vid rörelseoskärpa där ljusa partier får korta släpstreck, medan mörka får långa. Men vid normal fotografering ser jag det inte som någon nackdel.

Rätta mig gärna om jag gjort någon tankevurpa.
 
vaspenil skrev:
Själv har jag funderat på själva slutaren. Varför finns det en slutare över huvud taget. Borde man inte elektroniskt kunna trigga start och stopp på exponeringen.

...
Digitala kompakter har ingen slutare, dom gör som du skriver.
 
Tror nog att slutaren kommer att försvinna inom en snar framtid. På samma gång kommer vi att få möjlighet till live-LCD. Spegeln kommer då att vara konstant uppfälld, och kan fällas ner om man vill använda sökaren.
Autofokussystemet måste då göras om lite så att den fokuserar med hjälp av sensorn som kompakter.

Rörliga delar är alltid en källa till haveri, och nästan alltid dyrare än solid-state-konstruktioner.
 
Senast ändrad:
Intressant, själv så har jag suttit och skissat på några idéer...

En sak som är problematisk idag är det dynamiska omfånget på sensorerna. Jag tror att det beror på att integratorerna räknar i heltalssteg. (1, 2, 3, ... 100, 65534, 65535, FULLT).

Ett bättre sätt vore att använda någon typ av flyttal, där man registrerar ett antal värdesiffror och en storleksordning. Istället för att bli bottna ut skulle då få värden 6553 * 10^1 och senare 1234 * 10^5.

Att "framkalla" denna bild skulle bli mer krävande, men jag tror att tekniker liknande Ansel Adams zonsystem skulle kunna användas.


En annan sak som jag grunnar på är sensorns utformning. Du nämnde en cirkulär sensor. Tja, det skulle gå, men även en "korsformad" skulle vara av intresse:

[EDIT: Min fina bild ritad med streck och plustecken såg inte klok ut i forumet, så jag får beskriva den istället: Tänk dig att du tar två negativrutor och lägger dessa i kors. Ovanpå dessa lägger du en kvadrat så att hörnen sticker ut i vilklarna som bildas mellan de två negativrutorna. Lite som en taggig cirkel...]


Med denna sensorn så skulle man kunna ta bilder i landskaps-, porträtt-, och kvadratiskt läge. (Det som måste utformas anorlunda är motljusskydden.) Dessutom så måste man ha ett enkelt sätt att väjla vilken orientering man vill använda. (RAW-bilden, däremot, för gärna innehålla information från hela sensorn.)
 
Senast ändrad:
andersli skrev:

En sak som är problematisk idag är det dynamiska omfånget på sensorerna. Jag tror att det beror på att integratorerna räknar i heltalssteg. (1, 2, 3, ... 100, 65534, 65535, FULLT).

Ett bättre sätt vore att använda någon typ av flyttal, där man registrerar ett antal värdesiffror och en storleksordning. Istället för att bli bottna ut skulle då få värden 6553 * 10^1 och senare 1234 * 10^5.



Denna metod ger bara olika numeriska representationer av pixelvärdena. För att metoden skulle ge bättre omfång skulle sensorns ljuskänslighet behöva variera (storleksordningen i din beskrivning), och det är ju tämligen starkt kontrollerad av den fysiska konstrukitonen och därmed inte möjlig att variera; fast det vore ju skoj :)
 
vaspenil skrev:
Själv har jag funderat på själva slutaren. Varför finns det en slutare över huvud taget. Borde man inte elektroniskt kunna trigga start och stopp på exponeringen.

Nu är jag inte insatt i detalj hur sensorerna funkar, men det man i princip gör är att under en viss tid accumulera upp den ström (integration) som alla fotoner som träffar varje pixel ger upphov till. Att styra detta genom att släppa fram fotoner under en viss tid känns ålderdomligt när man skulle kunna styra den tiden under vilken integration sker. Vi har då eliminerat en livstidsbegränsande faktor i kameran.

Detta förutsätter att man integrerar under en lämplig tid map den ljusmängd som kommer in. Vid felexponering fyller man inte accumulatorerna så mycket det går, och man ger upphov till brus.

Ett, i mitt tycke, MYCKET intressant alternativ vore att man fyllde integratorerna tills de var "fulla" och mätte tiden för detta i stället. Tid kan man mäta mycket precist och enkelt och varje pixel har fått så pass mycket ljus att mätbruset reduceras. Vid dåliga ljusförhållanden dominerar trots allt andra bruskällor så reduktionen kanske inte blir så stor.


Denna metod har en dynamisk exponeringstid, olika för alla pixlar i sensorn, och det borde kunna ge ett betydkligt större bitdjup i bilden och därmed minska det begränsade dynamiska omfång som dagens sensorer har och mer efterlikna den analoga filmen.

Vid längre exponeringstider skulle denna metod kunna ge ganska "skojjiga" effekter vid rörelseoskärpa där ljusa partier får korta släpstreck, medan mörka får långa. Men vid normal fotografering ser jag det inte som någon nackdel.

Rätta mig gärna om jag gjort någon tankevurpa.

Jag är ganska övertygad om att du har rätt i dina tankar här. Utmaningen ligger i att pressa in så mycket mer elektronik i varje enskild pixel. Pixeln måste ju sluta registrera ljus när den blir fulladdad. Dessutom skall den kunna lagra tiden med stor upplösning och precision.

Man skulle sedan alltid kunna exponera efter lågdagrar. Pixlarna skulle aldrig kunna bli överexponerade utan registrerar endast tiden det tog innan "hinken blev full".

Med största sannorlikhet en stor utmaning för sensortillverkarna men med smarta lösningar skulle man troligen kunna få ett enormt dynamiskt omfång.

En annan lösning är ju vidareutvecklingen av sensorer med olika pixelstorlek och även foveon-senorn. Att det kommer att hända mycket än är jag övertygad om. Det finns så många roliga utmaningar.

/AnWi
 
jeskata skrev:
Tror nog att slutaren kommer att försvinna inom en snar framtid. På samma gång kommer vi att få möjlighet till live-LCD. Spegeln kommer då att vara konstant uppfälld, och kan fällas ner om man vill använda sökaren.
Autofokussystemet måste då göras om lite så att den fokuserar med hjälp av sensorn som kompakter.

Rörliga delar är alltid en källa till haveri, och nästan alltid dyrare än solid-state-konstruktioner.
En sensor av den typ som klarar att leverera Liveview, som kompakter, brusar mycket mer än den typ av sensor som används i en systemkamera som bara är aktiv en stund medans slutaren är öppen.
Det tror jag inte man kan komma ifrån, en liveview-sensor kommer alltid att ge sämre bildkvalitet än en "vanlig" systemkamera-sensor.
 
Makten skrev:

En elektronisk sökare borde gå att få tillräckligt bra inom några år, då processorhastigheten och upplösningen i sökaren är tillräckligt god, samt tekniken för själva sökaren är bättre än nu.

...

Om vi då tänker oss att vi istället har en sfärisk sensor, så borde det gå att använda extremt enkla objektiv,

Det är kreativa idéer som faktiskt har förts fram förr. Jag är övertygad om att elektroniska sökare kommer att ta över för mer än 90% av alla spegelreflexanvändare inom en 5-10-årsperiod.

Krökta sensorer har också föreslagtis men jag tror inte det blir en universallösning. Bildfältskrökning räknas som en av de klassiska aberrationerna inom optiken och alla objektiv korrigerar för det. "Tyvärr" är det förhållandevis lätt att korrigera för och det är andra typer av aberrationer som står för de största svårigheterna. Man har alltså inte så mycket att vinna.

Johannes
 
andersli skrev:
Intressant, själv så har jag suttit och skissat på några idéer...

En sak som är problematisk idag är det dynamiska omfånget på sensorerna. Jag tror att det beror på att integratorerna räknar i heltalssteg. (1, 2, 3, ... 100, 65534, 65535, FULLT).

"Integratorerna" räknar i heltalssteg eftersom det är så naturen är funtad på grundläggande nivå. Sensorerna detekterar enskilda ljuspartiklar som omvandlas till fotoelektroner. Det är dessa fotoelektroner som räknas. Det finns alltså inte något att vinna på att ändra representationen.

Det dynamiska omfånget är i grunden en egenskap hos sensorn och definieras som det maximala antalet fotoelektroner som en integrator kan lagra delat med brusgolvet uttryckt i kvadratmedelvärdet bruselektroner per pixel.

Johannes
 
Det var en grav förenkling!
Det är inte så att sensorerna räknar enskilda fotoner. Det förutsätter jag att du inte tror.

Det är kvantiseringen i A/D-omvandlaren som avgör upplösningen. Bra elekronik (=lågbrusig) och riktig 16-bitarsomvandling skulle vara ett enormt lyft i lågdagrar. Sensorerna står inte för bruset. Det är elektroniken bakom. Jämför brus hos D200 och Sony A100 som har samma sensor. Sony har klart mer brus.

Det går att göra elektroniken bättre men det är dyrt.

/AnWi
 
jimh skrev:
Genomsiktssökaren går ju bort, den ger ju ingen information om skärpedjupet.
Va, varför skulle det inte göra det? Skillnaden mot spegelreflex skulle ju bara vara just avsaknaden av speglar i strålgången.

Min drömkamera har ingen optisk sökare alls. Det är bara en ljustät låda med en sensor i, en stor och högupplöst realtidsskärm på baksidan och en vidvinkelbälg med generösa förställningsmöjligheter på framsidan. Ungefär som mellisbakstycken men med kontinuerlig utläsning. På en sån kamera kommer man att kunna montera vilka objektiv man vill och få örnkoll på alla förställningar.
Det var ungefär så jag tänkte mig den elektroniska "sökaren".

Spegelhuset är för övrigt inte så negativt för optikutformningen när det gäller digitalare, eftersom de ändå lider av vinjettering och annat om man skruvar på "äkta" vidvinklar utan retrofokus.
Jag trodde detta redan var avfärdat som en myt. Det var väl FOTO som gjorde ett test som visade sig att det inte alls var nån skillnad mellan digitalt och analogt när det gäller vinjettering och kantoskärpa. Det var bara att ingen tänkt på det förut.

FILM) (Anddje skrev:
En sensor av den typ som klarar att leverera Liveview, som kompakter, brusar mycket mer än den typ av sensor som används i en systemkamera som bara är aktiv en stund medans slutaren är öppen.
Det tror jag inte man kan komma ifrån, en liveview-sensor kommer alltid att ge sämre bildkvalitet än en "vanlig" systemkamera-sensor.
Det är väl dumt att påstå bara för att dagens teknik medför det.

Johannes-S skrev:
Krökta sensorer har också föreslagtis men jag tror inte det blir en universallösning. Bildfältskrökning räknas som en av de klassiska aberrationerna inom optiken och alla objektiv korrigerar för det. "Tyvärr" är det förhållandevis lätt att korrigera för och det är andra typer av aberrationer som står för de största svårigheterna. Man har alltså inte så mycket att vinna.
Ok, då är det inte så mycket mening. Men nog finns det lite distortion i de flesta objektiv som man gärna sluppit;-) Även de allra dyraste visar ju ofta upp nån form av vinjettering, bildkrökning och kantoskärpa vid full bländaröppning. Kan man slippa det HELT så kanske det kunde vara nåt i riktigt fräsiga kameror för ett enda syfte. Men det är väl antagligen inte värt det ändå.

Edit: Om det nu ens är så att vinjettering och kantoskärpa beror på korrigeringen i objektivet, men jag antar att det spelar in i alla fall. En enklare objektiv borde väl ge mindre såna problem också?
 
Senast ändrad:
Makten skrev:
Va, varför skulle det inte göra det? Skillnaden mot spegelreflex skulle ju bara vara just avsaknaden av speglar i strålgången.
Aha, så du menar att det skulle finnas en mattskiva i din sökare också, utöver optik (eller spegel) för att vända bilden rätt? Ja, då funkar det ju förstås. Men det blir inte ljusstarkare som du skriver.
Makten skrev:
Jag trodde detta redan var avfärdat som en myt. Det var väl FOTO som gjorde ett test som visade sig att det inte alls var nån skillnad mellan digitalt och analogt när det gäller vinjettering och kantoskärpa. Det var bara att ingen tänkt på det förut.
Foto testade av naturliga skäl med retrofokusobjektiv. Vidvinklar utan retrofokus finns inte till spegelreflexer, så de kan bara testas på Epsons mätsökare. Och de tester jag har sett (på bl a Luminous Landscape) indikerar att det inte är en myt.
 
AnWi skrev:
Det var en grav förenkling!
Det är inte så att sensorerna räknar enskilda fotoner. Det förutsätter jag att du inte tror.

Jag håller med om att det är en förenkling. Och nej, jag tror inget när det gäller bildsensorer, jag är priviligierad nog att veta hur det ligger till eftersom det är mitt jobb.

Fotonräkning är ett relativt begrepp. Om man har hög kvanteffektivitet och hög signal-till-brus så ligger man nära perfekt fotonräkning. Det är inte helt fel att säga att en CCD är en fotonräknande detektor vid hög signal. Vissa CCDer är fotonräknande även vid låg signal men då är det för speciella forskningsändamål.

AnWi skrev:

Det är kvantiseringen i A/D-omvandlaren som avgör upplösningen. Bra elekronik (=lågbrusig) och riktig 16-bitarsomvandling skulle vara ett enormt lyft i lågdagrar. Sensorerna står inte för bruset. Det är elektroniken bakom. Jämför brus hos D200 och Sony A100 som har samma sensor. Sony har klart mer brus.

Det går att göra elektroniken bättre men det är dyrt.

/AnWi

Utläsningsbruset är bara en typ av brus av tre (de övriga är termiskt brus och fotonbrus). Visst, det är den dominerande brustypen vid låg signal. Problemet är att hantera utläsningsbruset vid höga utläsningshastigheter. Om man kan läsa ut sensorn långsamt kan man minska bruset en hel del. Vi testade i labbet att läsa ut en standard-CCD från Sony med bara 1 MHz (normalt är runt 10 MHz) och nådde mycket bra resultat trots att elektroniken inte var märkvärdig. Det är därför tillverkarna övergår till flerkanalig utläsning, och anledningen till att D200 har bättre bruskaraktäristik än A100 (4 kanaler vs. 2).

Dagens bästa kameror har nästan förbluffande bra brushantering, men en hel del av det är resultatet av signalbehandling efter att sensorn lästs ut. Det finns knappast enorma lyft att vänta genom förbättrad elektronik eller 16-bitars AD-omvandlare. Man når snart gränsen där lågdagrarna är brusiga helt enkelt för att naturen är sån, grynig pga att enskilda fotoner träffar sensorn slumpmässigt.

Johannes

PS: den här bilden http://www.fotosidan.se/gallery/viewlarge.htm?ID=509383&target=_blank
är tagen med en fotonräknande bildsensor (EMCCD).
 
Senast ändrad:
jimh skrev:
Aha, så du menar att det skulle finnas en mattskiva i din sökare också, utöver optik (eller spegel) för att vända bilden rätt? Ja, då funkar det ju förstås. Men det blir inte ljusstarkare som du skriver.
Precis, alltså en rent optisk sökare som funkar som en spegelreflex-dito, fast man "fäller ned" sensorn istället när bilden tas. Alltså, man kollar rakt genom kamerahuset och objektivet bakifrån.
Den blir inte ljusstarkare nej, men det borde vara lättare att tillverka en stor och skarp sökare:)

Foto testade av naturliga skäl med retrofokusobjektiv. Vidvinklar utan retrofokus finns inte till spegelreflexer, så de kan bara testas på Epsons mätsökare. Och de tester jag har sett (på bl a Luminous Landscape) indikerar att det inte är en myt.
Jag vet knappt vad retrofokus är, men jag antar att det är mätsökarobjektiv t ex, som inte är designade för ett spegelhus?
Jag begriper ju inte hur det skulle bli sämre med ett sådant på en digitalkamera? Ett sånt har väl större möjligheter till att få ljuset att falla in vinkelrätt mot sensorn även i hörnen, och det borde ju vara en fördel.

Jag vet förstås att mina "idéer" måste ha dryftats på många håll redan, men eftersom det sällan talas om sånt så tänkte jag att diskussionen kunde vara intressant:)
Det mest realistiska är väl just att fimpa spegelhuset när man väl kan bygga en stor sensor med möjlighet till kontinuerlig utläsning till ett vettigt pris, och en elektronisk sökare som funkar tillfredsställande, och det borde vi väl inte behöva vänta på i alltför många år. Problemet är nog snarast att man då också vill göra ett helt nytt system med ny bajonett och nya objektiv som är konstruerade för ett minimalt avstånd till sensorn. Och det vill nog ingen av de stora tillverkarna satsa på kan jag tänka mig.
 
Makten skrev:
Jag vet knappt vad retrofokus är, men jag antar att det är mätsökarobjektiv t ex, som inte är designade för ett spegelhus?
Jag begriper ju inte hur det skulle bli sämre med ett sådant på en digitalkamera? Ett sånt har väl större möjligheter till att få ljuset att falla in vinkelrätt mot sensorn även i hörnen, och det borde ju vara en fördel.
Nu tänker du nog lite snett. Föreställ dig ett objektiv som sitter en meter framför sensorn och ett som sitter en millimeter framför sensorn. Vilket tror du har bäst förutsättningar att kasta sina strålar så att de faller in rakt mot sensorn?

Retrofokus är lite slarvigt uttryckt motsatsen till tele. Det är ett konstruktionstrix i form av en extra linsgrupp som man måste ta till när man (för det mesta av utrymmesskäl - spegeln) måste flytta bakre linsen längre från filmplanet. Det är alltså på spegelreflexer man har retrofokusobjektiv.

Här är några testbilder tagna med Epsonkameran. Objektiven är nedbländade till f/8 på bilderna och dessutom konstruerade för småbildsformatet...
 
ANNONS
Götaplatsens foto – en riktig fotobutik.