Предполагая идеальный датчик, каков физический предел площади ISO / пикселя?

Предполагая, что производители камер могут в конечном итоге создать идеальный датчик, который не вносит электрических помех в сигнал, в какой момент (измеряемый в единицах ISO/площади пикселя) дробовой шум станет настолько преобладающим, что вы перестанете получать полезные изображения?

У меня возникли проблемы с выяснением того, какие ограничения использует DxOMark для определения рейтинга ISO сенсора. Я думаю, что они используют комбинацию динамического диапазона и SNR.
Вы серьезно относитесь к «отсутствию электрического шума» или вас действительно интересует, что физически возможно при «настолько низком уровне электрического шума, насколько это физически возможно»? Я не думаю, что возможно создать датчик с нулевым шумом, создаваемым электроникой (что вы, кажется, подразумеваете под утверждением «производитель может в конечном итоге сделать идеальный датчик»), и я думаю, что различие повлияет на ответы. Даже чрезвычайно низкий уровень теплового шума будет проявляться при достаточном усилении, что накладывает ограничение на максимальное значение ISO.
Эта страница может быть полезна, так как на ней есть некоторые математические формулы для расчета SNR (если вы знаете достаточно другой информации): Learn.hamamatsu.com/articles/ccdsnr.html . Это для ПЗС, и я не уверен, какие могут быть различия в тепловом шуме и шуме считывания между ПЗС и КМОП-датчиками, если они есть (я предполагаю, что они есть, учитывая различия между двумя технологиями).
@jrista вы могли бы построить датчик из детекторов фотонов вместо измерения заряда, выделяемого падающими фотонами, таким образом достигнув нулевого электрического шума. Другой вопрос, будет ли когда-нибудь коммерчески выгодно производить такой датчик с достаточным разрешением...
@MattGrum: Даже с фотодетекторами у вас все еще есть электронные ворота, которые отвечают за преобразование обнаруженных фотонов в нечто цифровое, что может обработать компьютер. Я думаю, если бы мы могли найти способ напрямую обрабатывать все как аналоговый сигнал, возможно, с помощью квантовых процессоров, мы могли бы устранить электронный шум в датчике. В любом случае, думаю, я думал о том, что экономически целесообразно с точки зрения потребителя... но кто знает, может быть, через пятьдесят лет мы сможем иметь полностью аналоговые системы обработки данных.
@jrista Я понимаю, что мы никогда не получим датчик с абсолютно нулевым электрическим шумом, но я ищу верхний предел ISO, основываясь только на свойствах света.
Если вы возьмете нижнее правое изображение как правильно выставленное ISO 100, то среднее изображение (которое почти пригодно для использования) работает при ISO 1 000 000 (один миллион!), Canon только что анонсировала камеру с ISO 204 800, так что они не за горами. что возможно даже с датчиком, лишенным электрических помех - следовательно, настройка ISO, вероятно, является пустой тратой времени!

Ответы (2)

Вот хорошая симуляция «идеального» датчика, который вы описываете (с нулевым электрическим шумом, таким образом, точно регистрирующий каждый падающий фотон), реагирующего на сильно различающиеся уровни света: от 0,001, 0,01 и 0,1 фотона на пиксель (верхний ряд), 1 , 10 и 100 фотонов на пиксель (средний ряд) до 1000, 10000 и 100000 фотонов на пиксель в нижнем ряду.

Нажмите, чтобы увидеть увеличенную версию, где вы можете разглядеть отдельные пиксели. Изображение Mdf , некоторые права защищены.

Вы не можете указать чувствительность ISO, не зная точки насыщения сенсора (без насыщения нет передержки), поэтому для вашего гипотетического «идеального сенсора» вам придется выбрать произвольную точку насыщения, чтобы значения ISO рассчитывались для изображения тоже произвольные.

Однако, чтобы ответить на ваш вопрос, кажется, что около 1 фотона на пиксель является пределом получения значимых изображений (верхнее правое изображение с 1 фотоном каждые 10 пикселей выглядит для меня неузнаваемым).

Я бы сказал, что изображение «один к одному» было непригодно для использования (и это интуитивно понятно из-за случайности).

Трудно дать окончательный ответ на ваш вопрос, потому что это зависит от того, что вы субъективно считаете «полезным», а также от многих других факторов, таких как сила и качество алгоритма шумоподавления, выходной носитель и т. д. Таким образом, на самом деле это не ответ, а лишь некоторые подсказки, которые помогут вам найти ответ.

Сначала о параметрах, которые следует учитывать. Площадь пикселя на самом деле не важна. Хотя меньшие пиксели дают больше шума на уровне пикселей, вы всегда можете уменьшить шум, уменьшив масштаб изображения (побочное преимущество сглаживания). Действительно важным параметром является общая площадь сенсора. Кроме того, шум считывания обычно имеет значение только в самых темных областях изображения, в большинстве случаев основным источником шума является фотонный дробовой шум. Таким образом, квантовая эффективность и коэффициент заполнения также важны.

Далее я рекомендую вам взглянуть на эту страницу от ClarkVision.com: http://www.clarkvision.com/articles/digital.signal.to.noise/ . Это очень хорошо задокументированное обсуждение цифрового шума вместе с моделями и множеством реальных данных.

Я понятия не имею, о чем я говорил, теперь я перечитал ваш ответ, это имеет смысл, поэтому я удалил комментарий!
Я не согласен с идеей, что «площадь пикселя на самом деле не важна». Площадь пикселя определяет, сколько фотонов попадает в каждый пиксель при заданном количестве света, проходящего через линзу. Как вы говорите, вы можете уменьшить шум, уменьшив изображение, но, уменьшив изображение в 2 раза, вы фактически увеличите площадь пикселя в 4 раза.
Есть причина, по которой размер зерна пленки увеличивается с ISO.
@Evan Krall: Я предполагаю, что в большинстве случаев разрешения камеры более чем достаточно для выходного носителя. Таким образом, вы (или ваше программное обеспечение дисплея, или драйвер вашего принтера...) все равно будете уменьшать масштаб. После уменьшения масштаба эффективная площадь пикселя равна общей площади сенсора, деленной на эффективное разрешение выходного носителя . Разрешение сенсора и его собственная площадь пикселя значения не имеют.
Предполагая идеальный датчик, каков физический предел площади ISO / пикселя?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v