Приводит ли более низкое разрешение к лучшему соотношению сигнал/шум при том же размере сенсора?

С выпуском Canon EOS R5/R6 многие говорили, что предпочитают 20-мегапиксельную камеру R6 45-мегапиксельной камере R5 из-за ее более низкой цены, а также из-за «лучшей производительности при слабом освещении».

На сайтах сравнения камер я также видел мнение, что большие пиксели (более низкое разрешение) = лучшая производительность при слабом освещении. Однако является ли это мифом?

Вот мое обоснование этого. Допустим, есть два полнокадровых датчика, один датчик на 20 МП и датчик на 80 МП. По мнению многих людей, 80-мегапиксельный сенсор был бы ужасен для съемки при слабом освещении, поскольку пиксели меньше. Тем не менее, каждый блок 2x2 в 80-мегапиксельном датчике может быть отображен и в пост-усреднении до 1x1 пикселя, эффективно превращая изображение в 20-мегапиксельное изображение. Это также может быть сделано в камере в качестве опции. Будет ли это изображение иметь такое же количество полезной информации, как и изображение с 20-мегапиксельного сенсора?

Другими словами, поскольку оба датчика имеют диаметр 35 мм (т.е. имеют одинаковую площадь), количество света, падающего на датчик, одинаково. Итак, в конце концов, не будет никакой разницы между 20-мегапиксельным изображением и 20-мегапиксельным изображением, которое было уменьшено с 80-мегапиксельного, верно? Таким образом, их характеристики при слабом освещении будут одинаковыми. Вы даже получаете преимущество от возможности получить 80-мегапиксельные фотографии, если хотите.

Почему люди говорят, что камера с более низким разрешением лучше работает при слабом освещении, хотя теоретически она должна быть такой же, как и камера с более высоким разрешением (при прочих равных условиях)?

Примечание: этот вопрос касается датчиков одинакового размера, но с разной плотностью пикселей. Следовательно, он отличается от этого вопроса о разных размерах сенсоров. Я знаю, что полнокадровая камера будет иметь лучший сигнал при слабом освещении из-за большей площади, чем датчик APS-C, но как насчет датчиков аналогичного размера?

(Поправьте меня, если я ошибаюсь) Я считаю, что ваше предположение верно, однако обычно изображение 80 мп просто не подвергается даунсэмплингу.
Я тоже так думал. Ну, его можно уменьшить в посте, поэтому я подумал, что он все еще содержит тот же (сигнал), что и обычно; SNR выше, но сигнал также выше, и, в конце концов, на датчике 80MP как минимум столько же сигнала, сколько и на датчике 20MP. Если бы я захотел выйти однажды ночью и сделать вид, что снимаю с большими пикселями, я мог бы просто сделать фотографии и уменьшить разрешение с 80 до 20 МП.
@SkeletonBowNotr точно, потому что рисунок вашей маски Байера будет отличаться для датчика 20MP и датчика 80MP. Чтобы получить точный эквивалент 20-мегапиксельного датчика с 80-мегапиксельным датчиком, маске Байера потребуются блоки сенсоров 4X4, отфильтрованные для каждого цвета. Другими словами, GGRR-GGRR-BBGG-BBGG в пространстве, которое обычно было бы GRGR-BGBG-GRGR-BGBG. И вы все равно будете иметь дело с различиями в полной емкости для некоторых ситуаций стрельбы.
@MichaelC О, понятно. Спасибо за информацию! Вы знаете, насколько заметна эта разница? Может быть, окажется, что это не так уж и важно?
Также примите во внимание, что многие камеры не используют датчики с задней подсветкой. Следовательно, пиксельная проводка находится между вашими пикселями и объектом, который вы пытаетесь захватить. Эта проводка непрозрачна и будет забирать часть света, следовательно: больше пикселей = меньше полезной площади = меньше света.
Микролинзы @FlixMa без зазоров на датчиках тока неплохо справляются с направлением света в сторону от проводов по краям каждого сенсора. По краям каждого сенсора теряется намного меньше света, чем 10-15 лет назад.

Ответы (3)

Это зависит.

Предполагая, что оба датчика имеют одинаковые линейные размеры:

Если вы просматриваете изображения с обоих датчиков с одинаковым размером дисплея , то производительность обоих датчиков при слабом освещении будет одинаковой, при условии, что они используют технологии одного поколения. Существуют и другие преимущества, не связанные с соотношением сигнал/шум при слабом освещении, которые позволяют использовать датчик с более высоким разрешением, а затем уменьшать результат для воспроизведения мелких деталей, когда изображения (и видео) снимаются при лучшем освещении.

Если вы просматриваете изображения с каждого сенсора со 100% увеличением (1 пиксель изображения = 1 пиксель экрана), то изображение с сенсора с более высоким разрешением увеличивается больше и будет иметь худшие характеристики при слабом освещении, при прочих равных условиях (которые их никогда нет).

Есть также некоторые сценарии с очень маленькими, очень яркими зеркальными бликами, например, в случае с астрофотографией, где лучшая производительность датчика с большими фотосайтами может быть связана с меньшими фотосайтами (сенселы a/k/a или пиксельные лунки). на датчике с более высоким разрешением, имеющем меньшую емкость полной лунки, чем более крупные фотосайты датчика с более низким разрешением. Если сцена содержит яркие зеркальные точки, более крупный сенсор с одной зеркальной точкой, освещающей всю его поверхность, позволит получить более яркую экспозицию до полного насыщения, чем сенсор меньшего размера с таким же отражающим бликом, освещающим его.

Верно, не будет ли технически некорректным сказать, что датчик с более низким разрешением лучше работает при слабом освещении? Таким образом, учитывая выбор между низким и высоким разрешением, я бы, конечно, выбрал высокое разрешение, поскольку оно позволяет мне получить высокое разрешение (когда оно мне нужно) или хорошее отношение сигнал/шум по сравнению с датчиком низкого разрешения (также когда мне это нужно). , верно?
@SkeletonBow все зависит от вашей цели и ваших запланированных привычек просмотра. Если вы планируете много разглядывать пиксели, то датчик с большими датчиками будет иметь лучшую производительность при слабом освещении за счет увеличения. Всегда есть компромисс. Разница в полной емкости также может существенно повлиять на другие сценарии съемки, например, при съемке при ярком свете с темными тенями на сцене. Вы сможете усилить тени с сенсором, имеющим большие фотосайты.
В принципе согласен и проголосовал. Но меньший FWC меньших фотосайтов не является основным фактором. При записи одного и того же изображения меньшие фотосайты также получают меньше света. То есть оба датчика будут обрезать одинаковую экспозицию для каждой области изображения.
@StevenKersting Это предполагает, что коэффициент усиления одинаков для обоих датчиков для данной настройки ISO. Это не всегда так для всех производителей камер. Он также предполагает однородную плотность поля света. Если сцена содержит яркие зеркальные точки, более крупный сенсор с одной зеркальной точкой, освещающей всю его поверхность, позволит получить более яркую экспозицию до полного насыщения, чем сенсор меньшего размера с таким же отражающим бликом, освещающим его. Но вы правы, что в некоторых случаях это крайний случай. Я уберу жирный шрифт для этой части.
@MichaelC, если бы одна точка упала с фотосайтом 8 мкм, эта же точка покрыла бы четыре фотосайта 4 мкм с эквивалентной плотностью / площадью света в обоих случаях (при условии эквивалентных коэффициентов заполнения). Если вместо этого вы сравните точку 4 мкм на датчике с фотосайтами 4 мкм с точкой 8 мкм/фотосайтом 8 мкм, то то же самое произойдет, если точки имеют эквивалентную яркость ... одинаковую плотность / экспозицию на освещенную область. Действует закон обратных квадратов; и это причина, по которой увеличение с постоянной диафрагмой не вызывает изменений в экспозиции / отсечении.
Если одна точка имеет кружок нерезкости всего 2 мкм, то в среднем он не попадет на 4 датчика шириной 4 мкм. Для этого он должен быть идеально отцентрирован на их стыке. Скорее всего, он упадет на границу между двумя соседними сенсорами, но также более вероятно, что он полностью попадет в один сенсор. В большинстве случаев он по-прежнему будет падать только на один сенсор 8 мкм. Но даже если круги нерезкости больше, чем отдельные сенсоры, байеровская маскировка также играет роль в том, как это решается в отношении цветового шума, а также яркостного шума.

Сенсоры имеют фильтры сглаживания, которые блокируют более высокочастотный контент изображения, чтобы избежать муара. Усреднение пикселей также будет усреднять (и, таким образом, уменьшать) шум, но он сравнительно плох в качестве фильтра нижних частот и, следовательно, не будет работать так же хорошо для подавления муаровых узоров, как это сделал бы оптический фильтр сглаживания, сделанный по размеру. Хотя вы можете попробовать использовать другие функции интерполяции, а не просто усреднение, хотя они лучше работают для уменьшения высокочастотного содержимого, они хуже работают для подавления шума.

Также усреднение света по большему пикселю означает, что усреднение шума происходит прямо по площади пикселя. Это значительно снижает вероятность того, что из-за шума один пиксель превысит свой динамический диапазон, чем усреднение на цифровом этапе. И шум оцифровки, отличный от оптического квантового шума, не будет уменьшаться вместе с размером пикселя: приходится иметь дело с меньшими сайтами.

Меньшие пиксельные участки также имеют тенденцию быть более восприимчивыми к утечке заряда в виде «горячих пикселей», выбросов, которые имеют тенденцию к самонасыщению при более длительном времени экспозиции без фактического оптического возбуждения. Как только пиксель насыщается, он больше не используется для целей усреднения. Если основные дефекты хорошо сочетаются с большим зарядом, их эффект будет меньше, и для насыщения потребуется больше времени.

Большинство новых камер с очень высоким разрешением больше не имеют фильтров сглаживания.
@Eric Shain: но мы говорим не о результатах с очень высоким разрешением, а о более низком разрешении либо за счет цифрового уменьшения, либо за счет датчика с более низким разрешением, который обычно сопровождается оптическим фильтром сглаживания.
Сенсор на 80 МП вряд ли будет иметь фильтр сглаживания, который опровергает ваш первый аргумент.
@Eric Shain: нет, это не «противоречит моему первому аргументу», поскольку вопрос и ответ касаются сравнения цифрового уменьшения разрешения с работой с более низким разрешением датчика, поэтому мы говорим о датчиках 20MP по сравнению с цифровым уменьшением с 80MP, и 20-мегапиксельные полнокадровые датчики будут иметь оптические фильтры сглаживания для подавления муара.
@user92986 user92986 Но 80-мегапиксельная камера, вероятно, не будет и, вероятно, будет показывать больше муара в типичных условиях съемки, для которых проблема с наложением имен является проблемой, даже после масштабирования для соответствия 20-мегапиксельному датчику.
@Michael C: только если оптическое разрешение камеры значительно выше, чем может разрешить 80MP. Причина, по которой эти камеры со сверхвысоким разрешением перестают иметь фильтры сглаживания, заключается в том, что им все равно не над чем работать.
@user92986 user92986 Было проведено бесчисленное количество контролируемых тестов, которые показали, что датчики с более высоким разрешением могут давать более подробную информацию, даже с линзами, которые недостаточно четкие, чтобы разрешить шаг фотосайтов датчика. Демозаика из-за Bayer Masking, безусловно, во многом связана с этим. Фотографии, сделанные с использованием датчика Bayer, жертвуют разрешением в обмен на информацию о цвете.

SNR начинается с/исходит из сцены, создающей его... если в цепочке сигналов камеры нет ничего, что уменьшало бы это SNR, тогда все датчики получают одинаковое SNR при использовании с одним и тем же объективом и с одинаковыми настройками Ap/SS. .

Снижение SNR на уровне пикселей, связанное с датчиком с более высоким разрешением, просто потому, что SNR, генерируемое светом/сценой, делится между большим количеством фотосайтов. В некоторой степени это также может быть связано с немного более низким коэффициентом заполнения (микролинзовые промежутки), но в наши дни этим действительно можно пренебречь.

И наоборот, фотосайты меньшего размера лучше работают при слабом освещении, поскольку требуют меньшего усиления (заполнения). Вот почему многие современные датчики включают фотоэлементы с двойным усилением, которые имеют меньший конденсатор (фотодиод) с меньшей емкостью (FWC) для условий слабого освещения и второй конденсатор (второй каскад усиления) для более ярких ситуаций.

Что действительно важно, так это свет/SNR на область изображения. А датчики большего размера получают больше света с более высоким отношением сигнал-шум, когда одно и то же изображение записывается с одинаковыми настройками SS/Ap (т. е. с более близкого расстояния или с более длинным объективом с большим входным зрачком).

Приводит ли более низкое разрешение к лучшему соотношению сигнал/шум при том же размере сенсора?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v