Заметка про CMOS и работу на высоких значениях ISO.
Динамика возможностей сенсоров, построенных по технологии CMOS, на высоких значениях ISO (показаны пороговые значения, на которых тот или иной сенсор еще способен выдавать высокое качество изображения). Вся суть заметки одним слайдом. Увеличить изображение. Полнокадровые камеры показаны слева направо от старых к новым. По вертикальной шкале указано предельное значение ISO, которое удовлетворяет критерии качества DXOmark.
Данные я взял из DXOmark (у них достаточно обширная база по сенсорам). Не всем нравятся данные их тестов, но все же они дают кое-какое понимание о параметрах того или иного сенсора. Как они делают свои тесты описано здесь. Если вкратце про возможности сенсора на высоких значениях ISO, то за основу берется соотношение сигнал/шум, равное 30 дБ, что подразумевает хорошее качество изображения. На гистограмме показано максимальное ISO той или иной камеры, которое позволяет ей держать значение сигнал/шум 30 дБ и динамический диапазон 9 EV и глубину цвета 18 бит. Хорошо, что методология для всех камер одна и та же.
- 13 лет эволюции полнокадровых сенсоров, с момента выхода Nikon D3 в 2007 году и до Nikon Z7 II в 2020, дали рост пороговому значению ISO только в 1.24 раза. А теперь просто подумайте, как изменились, например, смартфоны за это время.
- какого-то кардинального роста производительности на высоких ISO так и не произошло. Например, для сравнения, у той же компании Nikon был ощутимый прирост возможностей на высоких ISO при переходе от технологии CCD и LBCAST на CMOS в своих кропнутых камерах серии Nikon DX (например, Nikon D100 -> D200 -> D300/D300s -> Nikon D500).
- полнокадровые камеры Nikon я взял просто для примера, но это касается и многих других производителей
Динамика для Nikon DX более радостная. Камеры показаны слева направо от старых к новым
Выше головы не прыгнешь и выжать что-то ощутимо большее из CMOS не получится. Технологи BSI и Stacked CMOS также никак особо на работу на высоких ISO не повлияли. Само собой, в тонкостях разница есть, но в общем и целом CMOS уже десятилетиями топчется практически на месте.
Что ждет нас в будущем? И в комментариях обязательно не забудьте написать о своем отношении к DXOmark. Мир. Труд. CMOS!
Комментарии к этой заметке не требуют регистрации. Комментарий может оставить каждый.
Материал подготовил Аркадий Шаповал.
Зато ЦВЕТ!
Так производители постоянно увеличивают колличество пикселей, еще лет 6 назад 36 пикселей считалось очень много для ФФ, сейчас уже 45 мп стандарт у флагманов, вот светочувствительность и топчется на месте. Если бы кто-нибудь с нынешними технологиями выпустил ФФ с 16 МП, там рабочие ISO были бы раза а то и в три выше!
Думаю, вы заблуждаетесь, пытаясь провести прямую зависимость между количеством мп на сенсоре и ее светочувствительностью.
Зависимость есть. Чем меньше светочувствительный элемент тем сложнее сделать его с хорошим соотношением сигнал/шум.
Так что в графике не хватает сравнений камер с одинаковой плотностью пикселей
По диаграмме не скажешь, что зависимость эта есть.
Можно посмотреть например попугаи дхо для д5, 1дх марк2 (у которых по 20мп) и сорокапятимегапиксельные модели. Видите там разницу в 2-3 раза по показателям? Я – не вижу.
Размер пикселя влияет на усреднение информации полученной он единичных фотонов по площади их улавливания. Усреднение возможно по площади и по времени, по времени – выдержка, по площади- пиксель. По теореме Лиувиля – Арнольда эти средние равны :) так что чем больше пиксель – тем лучше светочувствительность. На патрицах повышенной плотности правильнее было бы сравнивать светочувствительность после преобразования картинок к одинаковому разрешению и тут , скорее всего многопиксельные камеры при постобработке при сравнимых показательях чувствительность дадут существенный прирост в качестве картинки, потому что пособработка группы пикселей может быть с более слошной матиматикой чем простое уследнение по площади. Правильный более сложный чем простая сумма алгоритм просто сможет использовать избыток информации в группе пикселей для восстановления более качественной картинке.
Это точно. Те, кто переживает за отсутствие крупнопиксельных камер просто забывают об этом моменте.
Ведь если обработать шумный снимок с 45мп правильным шумодавом без фанатизма, а после привести размер к 16мп, итоговая картинка выиграет у базовой с 16мп и по детализации и по шумам.
Я подымал этот вопрос здесь https://radojuva.com/2019/07/how-to-make-plumbus/ никто не дал четких манипуляций, как это можно сделать.
Повторю вопросы:
Задача очень простая: уменьшить количество шума с помощью даунсайза (downsize, т.е. уменьшения размеров изображения).
Смежные вопросы:
Можно ли фотографию на 100 мегапикселей уменьшить до 10 мегапикселей (в 10 раз) и при этом получить в 10 раз более чистую, избавленную от шумов картинку?
Можно ли оставить только полезные пиксели-информацию на снимке при даунсайзе?
Существует ли специализированное ПО для подобных манипуляций?
Как правильно сделать уменьшения шума при даунсайзе с сохранением приемлемого количества деталей с помощью классических инструментов в Adobe Photoshop и других распространенных редакторах?
Можно ли снять на высоком значении ISO, уменьшить снимок вдвое и получить уровень шума, соответствующий ISO/2?
Думаю, эта картинка скажет о многом наглядно.
Самая свежая крупнопиксельная бзк сони против самой свежей и очень мелкопиксельной бзк сони.
Шумов, как видим, сравнимо (это без шумодава), но крупнопиксельная потеряла детали, и потеряла их безвозвратно, в то время как на a7r детали все на месте. Подавив мелкий шум мы получим на ней чистую картинку, а на A7s мы получим замыленную кашу.
Да, обратная сторона медали – огромные равы, куча процессорного времени и места на диске, ну а как иначе?
Про “кашу” и “чистую” я конечно утрировал, но то, что итоговая картинка на эрке выйдет и детальнее и чище – это точно.
Мне знакомы многие блогеры, которые на неё снимают видео и она именно тем хороша, что видео в тёмное время суток получается куда лучше, чем с других камер. У меня сложилось мнение, что Эска задумывалась не только и не столько для обычного фото, где в почёте резкие детали.
Виктор совершенно прав, на правом изображении информации больше и если обе картинки привести к общему размеру (знаменателю), то на правой надписи всё равно будут читабельней. Т.е. смысл в даунсайзе есть и при том, что условный КПД резкости Д700 по ДХО 75% (9 мп из 12мп), а у Д3200 50% (12мп из 24мп), объективно Д3200 вытащит больше деталей, хотя увеличив картинку многим видно не вооружённым глазом, что в ней много “воды” (пустой информации), при этом многие “ахают” от камерного джипега при среднем размере изображения (уменьшив его в настройках с 24 до 13 мп).
я читал эту тему, не стал писать , так как не могу придумать четкого теста для оценки уровня зашумленности . По восприятию картинка становится существенно лучше ( вплоть до почти идеальной) после последовательных шумодавов ( желательно сначала родным в RAW потом на вкус размытие/ контурная резкость по каналам в Адобе например ) и последующее уменьшение в Адобе с разумным алгоритмом . Регулярно делаю это на 850 когда снимаю фигуристов :) Даже времени не так много поедает , так как можно последовательно автоматизировать эти действия. Отдельно баловался с фриварным raw редактором в сети , там хорошо то, что можно как хочешь развлекаться с алгоритмами дебаеризации и сглаживания прямо на уровне субпикселей … но это скорее как хобби :) не для фотографов . результат получается очень сравнимым с первым , разве что полутонов больше остается . Но дело в том что все алгоритмы сглаживания так или иначе оставляют рудименты в картинке и если к вопросу подойти строго , то то что глаз не видит математически можно вытащить обратно ( пиксель как бы волнами размазывается по картинке, на картинке с большим количеством информации сильно размазанные волны не заметны глазу, но если взыть черную или белую … однотонную картинку, то видно, что информация о шуме остается. Потому и не писал в теме. Нет у меня уверенности и вот так прямо не проверял я на цифрах , что соотношение сигнал шум при моих манипуляциях становятся лучше. Про A7S- сони только начиная с AIII стала использовать всю матрицу для создания видеокартинки, на предыдущих она обрабатывала различные кропы. Я опять таки пробовал снимать видео в 4К на AIII с полного кадра и потом в редакторе обрабатывать и сжимать до НD. нужно сказать что качество тоже получается выше :) но гемороя :) в разы больше. Больше вопросов тут возникает к автофокусу , если честно, очень плохо он следит за фигуристами :) норовит за контрастный фон зацепиться ( борт или зрителей)
Размер пикселя скорее влияет на возможности контроля характеристик пикселя. Чем мельче пиксель, тем больше будет разброс который только увеличивается с ростом усиления (iso). На деле там и помимо характеристик самого пикселя много чего влияет начиная от чистоты питания и шумности транзисторов в матрице заканчивая шумами операционных усилителей и ацп, и в довесок разные каналы цвета тоже имеют разное усиление что естественно приводит к росту шума с ростом усиления. А светочувствительность уже достаточно давно приличная, у некоторых камер есть матричный управляемый ND фильтр с его помощью например на некоторых камерах расширяют значения iso ниже 100, естественно речь не идёт о камерах типа d850 и z7 с нативным iso64, хотя и там есть такой ND-шник, но используется он немного для другого.
Смысл там такой если верить схемам пикселей из патентов. Экспонирование пикселя это управляемый разряд конденсатора, на этот процесс влияет ёмкость самого конденсатора, сопротивление перехода светочувствительного элемента и транзистора которым дополнительно управляют скоростью разряда (выдержка) и вот тут кроется большая часть проблем, во первых все фоточувствительные элементы имеют +/- разные характеристики, ёмкость конденсаторов тоже далека от идеала и тоже имеет разброс параметров, как и характеристики транзисторов отвечающих за “выдержку”, это всё приводит к тому что даже в случае идеального света каждый субпиксель будет проэкспонирован +/- по разному, а дальше накрутили iso, то есть усилили сигнал получили ещё большую разницу которую мы видим как цветной шум.
А еще есть тупо ограничение на количество фотонов в условиях недостаточного освещения. Это как 3Д-рендерниг с рейтрейсингом, если фотонов мало, изображение похоже на мозаику вначале, потом просто шумное, и только потом становится реалистичным. Если два соседних пикселя освещаются 10000 и 10100 фотонами, разница может быть и незаметной. А если их всего 100 или 200 – это перепад по яркости в два раза. Это основная причина шумов при слабом освещении, принципиально нерешаемая.
Само собой “интенсивность” света тоже сильно влияет, но при “слабом” свете мы как раз дополнительно упираемся в шумовую планку электроники и это принципиально не решается и наверняка нелинейность растёт.
в смысле кто нибудь?? “Тетка” выпускает свой а7с3 с 12-ю МП)
Забыли про А7s и Nikon Df. Как раз современные и малопиксельные. Прироста на высоких ИСО почти никакого. 2-3 раза там и близко нет
Как доказательство Вашей правоты, Df
DXOmark. Раньше очень часто заглядывал к ним на сайт, но уже пару лет как забыл о них.
Причин собственно две. Во первых нет возможности сравнивать два-три объектива разных производителей, которые конкурируют между собой. А ведь на такие сайты обычно заходишь перед покупкой оптики или камеры. Много раз было так, что например на рынок вышел объектив, скажем Sigma и чуть позже Tamron. Один сегмент (цена, фокусное, класс), но тест Tamron так и не вышел. И только лет через 5, когда Tamron уже обновил линейку, они протестировали объектив. К тому времени уже Sigma обновила свою линейку. Я привел в пример два бренда, но так обстоит дело со всеми. Это настолько частая история, что позиция сайта угодить и вашим и нашим (не сталкивая в лоб конкурентов) раздражает. Я понимаю, что да, “независимая пресса – это иллюзия”, но есть же другие примеры подобных сайтов. А то что они целиком переключили внимание с фототехники на смартфоны, только укрепило меня в моей правоте. Это вторая причина. Как по мне, они зря пожертвовали фото аудиторией. Неужели и правда думают, что человек меняющий смартфон заходит к ним на сайт, чтоб проверить кривую светочувствительности? Или вникает в детали проведения других измерений?
Хорошо, что в последнее время есть альтернативы. Кстати radojuva за период пандемии протестировал столько объективов и камер, как ни за один год до этого! Gонимаю какой это колоссальный труд и спасибо Аркадию за это!
“И в комментариях обязательно не забудьте написать о своем отношении к DXOmark. Мир. Труд. CMOS!”
Когда-то доверял, некоторое время назад перестал(после покупки камер Canon и скандала с замерами по 1DX mk3, где им пришлось менять цифры после возмущённых воплей в комментариях).
К их значению рабочих ИСО у Д700, D3s, у меня вопросов нет – были на руках эти камеры и я убедился в этих цифрах. К замерам Д4 и Д750 есть вопросы, у Д750 больше шансов получить менее шумный снимок на исо3200, чем у Д4. Д4 я оставил себе, Д750 была и я её продал. Но как работает Д750 в темноте мне понравилось больше.
Я не верю их замерам ИСО у Д800/Д800Е/Д810.
Имхо, если забыть про DXomark, прогресс всё таки идёт, но медленно. Стало больше доступных малошумящих на исо2500-3200 камер. Прогресс по величине ДД тоже есть, правда идет черепашими темпами.
Nikon D3 – 12mp
Nikon Z7 ii – 45mp
Делайте выводы
Мы выводы сделали. Нужен Xiaomi Mi 11, ведь у него 50mp. Шуметь будет меньше :)
У обычного Ми11 – 108Мп %)
Тише, а то все зеркальщики разбежатся
Так их на фото не видно… Ну кроме размера изображения….
Щта?
Nikon Z7 ii – 45mp а при высоких ИСО деталировка падает на 6мп как в д70 шумы да молчат
Серия Sony a7s – 12 Мп всего. ISO рабочие говорят до 25600.
Думаю дхо +/- даёт правдивую информацию, но… Ни за что не поверю, что д3200 не хуже 5дм3. В теории да, может на д3200 можно снять иногда “не хуже”, но в связке с оптикой даже сам дхо показывет, что д3200 против 5дм3 ловить нечего. Здорово то, что дхо развенчал много мифов околодиванных профессионалов о “жирном” пикселе и на поверку оказалось, что жирный пиксель зачастую проигрывает хилому по исо. Куда развиваться? Мне кажется можно можно как в смартфонах применять ИИ в обработке данных. Вот в упомянутой уже д3200 мне не надо 24мп, лучше сделайте на выходе RAW с 13 мп использовав для поднятия исо и шумоподавления данные с 24мп. Это крутая тема, если не получается улучшить сенсор, но есть возможность улучшить процессор. Просто один эксперимент в январе 20 года поверг меня в шок, мы поехали в Питер и сделали несколько фото на смартфон Гэлакси s8: там где моя камера сделала бы исо 3200 s8 сделал исо 360 и фотки получились. Да там был дичайший шумодав, но фотки сносные.
Поставили бы вы на вашу д3200 нормальное стекло с f/1.7 и оптическим стабом, и на д3200 было бы исо 320 (а то и поменьше), а фотки были бы очевидно получше, чем на гэлекси))
И куда потом эти “сносные” фотки? В инстаграм? ;)
Так ISO это просто цифра.
У меня был D3200 и все еще есть s8. Имел чудесную возможность сравнить снимки с обоих в различных условиях. s8, увы, и в подметки зеркалке не годиться, даже если на последней стоит кит-объектив. А программная обработка снимков смартфоном хорошо смотрится лишь на его экране, на малой площади. Если открыть на компьютере на большом мониторе, то сразу видно и перешарп и выкрученные на максимум цвета и чрез меру задавленные шумы и прочие “радости”.
Но вот что s8 правда хорошо может, так это панорамы. Качество выходит вполне достойное для печати на разворот фотокниги формата А4, я даже сам удивился результату. Видать при склейке панорам уже не хватает мощности для включения “улучшалок” и изображение выходит более натуральное. Впрочем это лишь мое предположение, досконально не проверял.
А зеркалка в автоматические панорамы не умеет :(
Sony SLT A58 мохнатого 2013 года прекрасно умеет автоматические панорамы. Да и все аналогичные камеры Sony тех годов умеют. А вот Nikon 3000 серии даже брекетинг по экспозиции не умеет. Так что это всего лишь маркетинг Nikon, а не техническая невозможность организовать данную функцию.
Да, технического ограничения нет, вы правы. Мало того, одна из Д3ххх (забыл какая конкретно) таки умеет в панорамы (правда лишь в 1080 пикселя по вертикали, если не ошибаюсь), но не Д7ххх и не полнокадровые модели. Меня такое умышленное ограничение просто бесит.
А эта А58 могла панорамы на любом фокусном расстоянии делать, даже через телеобъектив? И были ли какие-то ограничения по размеру изображения?
Полез в интернет за инструкцией. Вот некоторые выдержки:
• В режиме [Панорамный обзор] рекомендуется использовать
широкоугольный объектив.
• При использовании объектива, имеющего длинное фокусное
расстояние, поворачивайте или наклоняйте фотоаппарат
медленнее, чем при использовании широкоугольного
объектива.
И раздел Технические характеристики:
РАЗМЕР ПАНОРАМЫ: МАКС.. ГРАДУСОВ УГЛА ОХВАТА (ФОКУСНОЕ РАССТОЯНИЕ 16 ММ / 18 ММ)
Широкоугольное положение: горизонтальное 12 416 x 1856 (23 МП), вертикальное 5536 x 2160 (12 МП), Стандартное: горизонтальное 8192 x 1856 (15 МП), вертикальное 3872 x 2160 (8,4 МП)
Для смартфона уметь в панорамы это дейситвительно серьезное преимущество, т.к. 99% его пользователей никогда не будут мудохаться со специализированным ПО. Для зеркалки не все так однозначно…
Поддержу комментаторов выше, но добавлю немного своих наблюдений. Фактически в данный момент рабочие исо достигли такого уровня, что позволяют снимать в повседневной жизни без шумов на темные объективы типа 28-60 от сони или новых темных зумов от кэнона, а какой-то 24-105/4 может стать основным объективом для практически любых условий, т.к. даже даже исо 32-40к можно назвать условно рабочим на том же никон z7 и камерах его поколения. При этом для профессионалов, работающих в сложных условиях, всё так же необходима светосильная и сверхсветосильная оптика. ИМХО за счет наращивания мегапикселей во всех сегментах поддерживается то самое предельное значение, думаю в самое ближайшее время (с выходом а7iv) в самом массовом сегменте станет ходовым уже не усредненные 24мп, а 32-38 мп.
в большинстве условий съёмок 2000 asa хватает….
“Выше головы не прыгнешь и выжать что-то ощутимо большее из CMOS не получится” Не добавить, не прибавить. Точно сказано. Физику не победить. Все попытки дальнейшего увеличения пикселей, приведут к тупику. Дальше будет только хуже. А может уже тупик. Знайте физику. И этим всё сказано.
Физику не надо побеждать. Надо голову приложить. Стабилизация, мультисъемка (как в Google Pixel), шумодавы с бешеным разрешением, нестандартное расположение цветных фильтров – и из старых технологий получается выдавить намного более приличную картинку. Сравните смартфоны нынешние и десятилетней давности – а ведь размер сенсора там увеличился совсем немного.
Но и размеры сенсоров таки подросли – разница между десятилетним типичным камерофоном и типичным смартфоном 2020-21гг – раза в три по площади сенсоров, это все же больше, нежели разница между кропом и фф, к примеру.
Ну и программные фишки, само собой, да только результат не всегда радует.
Основной рывок в технологиях матриц произошёл в 2005-2012 годах. Сравнить d70>d80>d90>d7000>d7100. Каждая следующая камера имеет намного лучший сенсор: выше рабочие исо, ДД, ниже шум. И это при постоянном росте разрешения.
Недавно снимал одновременно на d90 и d5600. И это просто небо и земля. У д5600 рабочие исо выше в разы. На д90 исо 1600 уже практически нерабочее, а на д5600 можно ставить 3200 и не переживать за результат. Кроме того, 24 Мрх дают больше запаса для шумоподавления. Поэтому реальная разница по рабочим исо получается 2-3 ступени
Я когда-то читал толковую статью, где пытались посчитать количество фотонов на светочувствительный элемент и по всем этим расчетам выходило, что у лучших FF камер на высоких ISO КПД достаточно близок к физическому пределу.
Так шта дело не в CMOS и отсутствии технического прогресса, просто предел достигнут и единственный путь сегодня — матрицы большего физического размера.
Больше матрица – больше объективы. Рынок же движется в другом направлении. Опять же, мобилки – ещё 5 лет назад никто бы не подумал выложить фотоаппарат, уезжая в отпуск. Сегодня это – реальность для большинства.
Кроме того, посмотрите на те же полтинники для зеркалок и бзк: Nikkor Z 50 f/1.8 в два раза больше 1.8G. Да, у телевиков, наконец-то появилась возможность использовать линзы Френеля, но на широких и стандартных углах почти вся оптика стала больше, чем 30 лет назад. А теперь интерполируйте это на матрицы большего размера. Не думаю, что это верный путь, ведь у среднего фотографа тоже есть физические ограничения на вес и размер техники.
Ну мы же хотим улучшения характеристик, поэтому или покупаем объективы 30-летней давности, или более тяжелые – большие – с бОльшим числом элементов.
А что до выкладывания фотоаппарата и замены на мобильные… Ну просто мобильные телефоны достигли предела фотографических навыков большинства пользователей. Им все равно как снято их любимое чадо на пляже с чьим-то жирным брюхом в кадре – полный это кадр или телефон – разницы никакой.
“Больше матрица – больше объективы” тут полностью согласен.
Но объективы в целом становятся компактнее, это однозначный тренд, особенно если смотреть на те стекла, который сейчас выпускает Sony, а не какой-нить там Pentax.
Смотрим на свежую Sony 14 f/1.8 и сравниваем ее с аналогичной Сигмой.
Смотрим на свежий полтинник Sony f/1.2.
Смотрим на свежий 35 1.4 Sony и сравним со старым цейсовским 1.4, который огромный и не очень хороший оптически.
И т.д. и т.п.
Да, некоторые объективы прибавили в своих размерах, но это только при сравнении со всяким старьем, которое было ужасное по качеству и даже близко не в состоянии было разрешить современную многомегапиксельную матрицу.
А если говорить именно про полтинники, то тут недавно как раз выходила шикарная статья по теме на dpreview “Why are modern 50mm lenses so damned complicated?”.
И да, фототехника все и больше и больше уходит в hight end зону. Иначе конкурировать со смартфонами невозможно. Поэтому хз, может лет через 10 все олдскульные любители фотоаппаратов поголовно будут переходить на средний формат.
Не надо пожалуйста гнать на Пентакс, у них полно миниатюрных “блинчиков” в линейке объективов. И они там были задолго до всяких сони.
+1, у пентакса как раз была в почёте компактность еще до того, как это стало модным.
Кому интересно, что было сто лет назад?
Смотрим на прошлый год:
Pentax-D FA* 85mm F1.4 ED SDM AW — кило триста
Sigma 85mm F1.4 DG DN Art — 600 грамм.
При этом Сигма, как минимум, не хуже оптически.
И тут же рядом 77/1.8 весом 270 г.
этому объективу сколько лет? 20?
“И да, фототехника все и больше и больше уходит в hight end зону. Иначе конкурировать со смартфонами невозможно”
Смартфоны качественно не конкуренты даже начальным зеркалкам с китовыми стеклами. Тут дело в другом.
Смартфоны дают неплохой результат за один клик, за второй клик этот результат доступен всем вашим знакомым. Начальная зеркалка с китом – это уже много кнопок и крутилок, а потом еще сидеть дома на кампотере равы тянуть, ибо джипег нормальный сразу сделать трудно (камера ж не думает за пользователя, как ему надо). А потом еще фотки тяжелые грузить куда-то кому-то. Короче, долго, неудобно – в прямом смысле “на любителя”. Так что вымирание недорогих камер понятно и логично.
Мы всё-таки говорим за любителей, а не дилетантов, которые купили зеркалку “в отпуске снимать, потому что у соседа Васи тоже есть”.
Если человек не совсем дилетант и представляет, что такое конвертер, куда крутить ползунки, разница будет весьма заметной, физику обмануть ещё никому не удавалось.
Тем не менее, если говорить про 21й год, большинство обывателей таки просматривают контент на дисплеях мобильных устройств, и там разница уже стирается, да.
конкуренты, потому что простые смертные покупали именно такого рода камеры, пока не переключились на смартфоны
А вы лучше посмотрите на объективы более 50 мм, и желательно не сравнивайте зеркалочные (от сигмы в вашем примере) и беззеркалочные. Там сверхширик огромный только из-за очень большого рабочего отрезка, который в сони в три раза меньше.
Да, скорее всего. Тем более, что высокие ИСО – результат усиления. Там можно поиграть с шумами используемых ОУ, но неоднородность изображения из-за недостатка фотонов уже никак не побороть – нечего регистрировать просто.
Да ничего не ждет, смартфоны убьют камеры окончательно
Мне всё же кажется, что дело в шкале оценки. ДхО ставит 30 дБ и пишет, что это эквивалент excellent photo. Но я знаю хорошую поговорку: лучшее – враг хорошего. Там, где ну вот совершенно достаточно просто хороших фото (а именно: ISO6400 и выше), современные камеры сделали просто коллосальный рывок. Да, снимки в хорошем свете с уже старенького Df или даже моего D600 при сравнении в лоб с современными тушками шумов могут быть плюс-минус об одном и том же. Но стоит только завести разговор за высокую чувствительность, как окажется, что не так всё и радужно. Какие там у Z рабочие ИСО – 12800, 25600? У меня на D600 в таком режиме полная каша, а мне было бы достаточно просто хорошего снимка. Поэтому современные камеры лучше старых.
Откройте ленту Instagram с ноутбука и увидите большую разницу “телефонных” снимков с тем, что вы видите через экран смартфона. Большой успех мобильных телефонов как средства получения фотографий вызван развитием социальных сетей и в целом смартфонов – большинство пользователей сидит в сети через мобильные устройства, на экране которых снимки со смартфонов выглядят заметно лучше, чем на больших экранах домашних компьютеров. Кто бы там что ни говорил, большинство людей совсем не откажется от перспективы устроить фотосессию на фотоаппарат, хотя, конечно же, за глаза все равно скажут, что смартфон снимает не хуже.
Сейчас домашние компьютеры-то не у всех уже есть. Все через мобилку
Instagram – это очень неудачный пример, так как он сжимает изображения до 1080 пикселей по ширине и шакалит их до ~100-200КБ, так что вдобавок напрочь съедаются мелкие детали, идет постеризация неба во все поля.. Получившаяся на выходе ссанина кошачья и близко не отображает возможности современных смартфонов.
Интересно, что там у Панаса с типа “разными” нативными ИСО?
Нативный ISO всего один, а то как снижают шум и как это преподносят потребителю (читай надувают потребителей) отдельный вопрос.
Я так понял, там какая-то аппаратная фишка есть
Да, управляемое светопропускание, для этого на матрицах есть специальный слой, до определённых исо на матрицу дают меньше света а после кол-во света увеличивают это позволяет снизить усиление и получить меньше шума на высоких исо, вот и весь фокус. Это применяют и никон и сони и т.д. только это по разному называют или вообще не афишируют и цели немного различаются.
Не совсем, см. ниже. Два набора усилителей с разными характеристиками.
Два набора аналоговых ОУ. У матрицы есть определенная светочувствительность. Вот она набрала какое-то количество фотонов и выдала какое-то напряжение, зависящее от этого количества. Дальше есть операционный усилитель с его переменным коэффициентом усиления, который кратно увеличивает аналоговое напряжение. Дальше ADC все это оцифровывает. Какие-то шумы привносит усилитель, естественно, но, естественно, они не растут кратно усилению сигнала, более пологая зависимость. А вот когда мы получили уже число, дальше можно умножить все значения на какой-то коэффициент и поднять экспозицию (или разделить на коэффициент) и опустить экспозицию – тут уже и шумы растут пропорционально. В цифровом виде получают все вот эти 1/3 ISO, Hi ISO, Lo ISO. Типа там ISO 640, ISO 320, ISO 12800. Базовое надо уточнять какое, зависит от матрицы, у Панасоника вроде бы 800 бывает, у прочих 400 или там 200, поэтому кратные от него 100-200 – это аналоговое усиление-ослабление.
Панасоники (но насколько я понимаю не только они) ставят еще один комплект ОУ с заведомо большим базовым коэффициентом усиления и более низкими шумами. Так у них получается одно нативное ИСО 800, которое с матрицы, от него 100-200-400, 1600-3200 за счет аналогового усиления, от них 160, 320, 640 за счет цифрового. И второй набор – 5000 и какие там кратные, усиленные другой частью аналоговой схемы, возможно даже со своим отдельным ADC. Как-то так.
Но я так понимаю, они не одни такие, у того же Canon Magic Lantern умеет снимать в режиме Dual ISO, возможно, панасоники первые, кто это озвучил явно и продал как технологию.
Вот так начитавшись интернета, точнее насмотревшись красивых цветных картинок у людей рождаются ложные представления про 2 разных операционных усилителя в матрицах особенно когда люди не знаю что такое операционный усилитель и как он работает ))) К слову цифровых ОУ не бывает, они всегда аналоговые )))
Собственно на то эта интернет макулатура и рассчитана, ведь 2 аналоговых усиления звучит круче чем какая то плёнка с изменяемым светопропусканием.
Простым языком что бы было более понятно что такое цифровой шум, правда выше об этом уже писали. Возьмите идеальный источник белого света и сделайте снимок на базовом исо, пускай это будет исо 100, если надеетесь что с матрицы по каждому из трёх каналов цвета получите условные 0.1 вольт (для примера), то это заблуждение, в реальности будет например R=0.12 G=0.13 B=0.128 и для каждого субпикселя это значения будет плавать в большую или меньшую сторону из-за не идеальности элементов из которых состоит матрица, для базового исо при оцифровке разницу не заметите, но стоит усилить сигнал в 10 раз уже будет 1.2, 1.3 и 1.28, что будет в результате после оцифровке ? Правильно, на результате будет уже пиксель не белого цвета и чем больше усиливаем тем больше будет преобладание какого одного цвета в результате. Как можно уменьшить эту разницу ? Применив другой мифический аналоговый усилитель ? Нет, увеличив кол-во света и уменьшив усиление.
Коряво мысль выразил. Смотрите. Если например при какой то интенсивности света мы ожидаем получить с матрицы условные 1 вольт напряжения по каждому из цветовых каналов, а при пониженной интенсивности 0.1 вольт которые потом нужно усилить в 10 раз для получения того же результата, то в обоих случаях в сигнале с матрицы на входе усилителя у нас разница в каналах останется на минимальном уровне и будет практически равной, но как только мы начинаем усиливать сигнал у нас пропорционально увеличивается и разница в каналах и чем больше усиливаем тем больше будет разница в каналах, что и является нашим шумом. Никакими чудесными усилителями с другими характеристиками это не решается потому что источник этой разницы сама матрица ещё до усиления. По этой же причине увеличение выдержки даёт меньше шума чем увеличение усиления (исо).
” К слову цифровых ОУ не бывает, они всегда аналоговые ” – спасибо, кэп. Я использовал термин “аналоговый”, чтобы подчеркнуть суть процессов. Аналоговое усиление, не цифровое, без ограничения количества разрядов. Уровень квантования задается только количеством фотонов и шумами усилителя.
“какая то плёнка с изменяемым светопропусканием” – нигде не видел подобного объяснения. Буду рад увидеть.
https://sites.psu.edu/vsg5016/files/2015/09/ProductDescription-CMOSImageSensor-1w9kspy.pdf – вот принципиальная схема работы CMOS-сенсора. Один из вариантов Dual Native ISO, который мне когда-то попадался, предполагает использование двух усилителей не пиксел с разными характеристиками.
Вот еще одна схема – https://www.canonrumors.com/forum/attachments/429a0821-dad2-43c7-be27-51ce7f37f2ee-jpeg.182242/ – тоже основана на двух переключаемых (или включаемых совместно) аналоговых участках схемы (т.е. включаемых до ЦАП).
Вараинты с “сознательно затемняем пленку, чтобы не пропускать фотоны, чтобы потом все равно усиливать руками ослабленный сигнал” не встречал.
Усилителей с разными характеристиками нет, все операционные усилители работают одинаково, особенно когда дело касается усиления постоянного напряжения, а с матрицы усиливают постоянный. У меня есть знакомые за бугром изучавшие устройство матриц от разных камер в деталях включая и би-эс-ай матрицы. Думаю не секрет что многие конторы в той или мной степени изучают продукцию конкурентов или интересующих их продуктов и кое что мне рассказывали и держать в секрете не просили, а вот что это за контора не скажу. Вы не смотрите на красивые картинки с двумя усилителями, включайте логику и голову. Если бы там было 2 разных усилителя, то почему бы не использовать более “идеальное” усиления во всём диапазоне ISO, а не с ISO 400 для кропов и ISO 800 для полного кадра и как они вообще делают расширение ISO до 50 на моей D750 при этом нет роста динамического диапазона и шума при том что формула усиления 1+R1/R2, то есть меньше 1 никак, а по словам этих знакомых там не инвертирующий усилитель.
ISO50 – чисто программное. Как и прочие расширенные вверх. Как и промежуточные 1/3. Просто умножаем или делим на коэффициент со всеми вытекающими.
Один усилитель – два усилителя – смысл в том, что там два элемента аналоговой части, которые работают по разному в разных условиях освещения и обладают различными характеристиками. Возможно по шуму, возможно по емкости конденсатора, которым они удерживают заряд до считывания, надо рыть.
Пока ответ со ссылками на модерации, продолжу.
“Возьмите идеальный источник белого света” – это не просто коряво выраженная мысль, это дикая ржака. https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/ba/PlanckianLocus.png/1200px-PlanckianLocus.png
Вот вам на локусе отмечена кривая цветовой температуры. Это все белый цвет. Какой предпочитаете в данное время суток? У камеры нет понятия о белом цвете. Он получается путем выставления белой точки уже после оцифровки, где поставите, там и будет 255, 255, 255 (в выбранном цветовом пространстве, разумеется).
“но стоит усилить сигнал в 10 раз уже будет 1.2, 1.3 и 1.28, что будет в результате после оцифровке” – в результате будет усиленный сигнал. Пропорции между каналами одни и те же. Действительно, корявое объяснение. И последующие попытки не лучше.
“источник этой разницы сама матрица ещё до усиления” – у матрицы много разных шумов. То, что вы убого пытаетесь объяснить, называется фотонным шумом. Когда количество фотонов при недостаточном освещении слишком мало. У вас в три канала попало 20, 30 и 40 фотонов, при усилении в 1000 раз это будет 20 000, 30 000 и 40 000. А при нормальном освещении у вас попало 1000, 1100 и 1200 фотонов. При увеличении в 40 раз это будет 40 000, 44 000 и 48 000. Но матрица здесь не при чем, она физически не может захватить фотоны, которые не испускаются, поэтому да, никакое усиление не спасет, нужно увеличивать выдержку, а с ней число фотонов.
А еще есть собственные шумы матрицы, включая тепловые. И там с одной стороны, поднимая выдержку, мы увеличиваем число фотонов, а с другой – греющаяся матрица шумит сильнее, поэтому матрицы телескопов охлаждаются. А еще есть усилитель, который тоже шумит. И его шумы складываются с шумом матрицы. Но если он усилил сигнал в 1000 раз, это не означает, что он добавил свой шум тысячекратно, там нелинейная зависимость. А вот когда мы начинаем играть с уже оцифрованным сигналом, там мы увеличиваем одновременно ВСЕ шумы. И фотонный, и тепловой, и шумы схемы усилителя.
Это да, но самый большой толстый и неприятный – это шум чтения. И при разных аппаратных начинках (разных ВАХ ОУ) он будет разным. Так что, несмотря на критику выше, штуки типа Dual Native ISO весьма интересны
Ну и опять же, отвечая на вопрос выше – почему только две альтернативных схемы, а не по одной на каждую ISO – вот вполне вероятно, что в будущем их будет больше.
Вы немного путаете разные вещи, ну да ладно. спорить бессмысленно.
“Ну и опять же, отвечая на вопрос выше – почему только две альтернативных схемы, а не по одной на каждую ISO – вот вполне вероятно, что в будущем их будет больше.”
Потому что там нет никаких двух аналоговых схем усиления и больше одной их никогда не будет. Матрица работает весьма просто и принцип основан на контролируемом разряде конденсатора, с одной стороны это фоточувствительный элемент с другой стороны полевой транзистор корректирующий скорость разряда (выдержка), достаточно посмотреть приведённые вами схемы, а так же патенты и всё это прекрасно видно. В рамках нормальных условий тепловой шум будет ниже предела 14 битной адресации что видно даже в равах, львиная доля проблем это разброс характеристик пикселей каналов с последующим линейным усилением с пропорциональным увеличением разброса, при этом шумы операционников и ацп там даже не на втором и не на третьем месте, поставьте туда хоть супер прецизионные малошумящие операционные усилители по 100 баксов за штуку, ничего не изменится, их шумы даже при большом усилении будут так же за пределами 14 бит ацп, максимум на границе. Тепловой же шум значимо начинает сказываться только на длинных выдержках и вызвано это температурным дрейфом характеристик элементов пикселя за счёт чего плывёт скорость разряда конденсаторов. Я радиолюбитель (и не только) со стажем под 50 лет и соответствующим профильным образованием, и отлично понимаю какие паразитные явления есть в этой реализации, и как, и на что они влияют, а так же знаю что не может другая мифическая аналоговая схема усиления снизить нелинейность, её можно снизить только до усилителя.
“Потому что там нет никаких двух аналоговых схем усиления и больше одной их никогда не будет.”
https://andor.oxinst.com/learning/view/article/dual-amplifier-dynamic-range – sCMOS sensor offers a unique dual amplifier architecture, meaning that signal from each pixel can be sampled simultaneously by both high and low gain amplifiers.
Единственное, что все-таки сигнал суммируется, а не переключается между двумя усилителями. Canon решает ту же задачу усилителями, работающими в двух режимах – Hi Gain и Lo Gain. https://nofilmschool.com/sites/default/files/whitepaper_canon_dgo.pdf
Аналогично поступает и Arri. The Dual Gain Architecture simultaneously provides two separate read-out paths from each pixel with different amplification. The first path contains the regular, highly amplified signal. The second path contains a signal with lower amplification to capture the information that is clipped in the first path.
Aptina делает то же, подключая к каждому пикселю дополнительный конденсатор для условий хорошей освещенности – https://www.photonstophotos.net/Aptina/DR-Pix_WhitePaper.pdf (т.е. на низких ISO).
То есть процесс отличается от описанного мной (я все же поищу источник, я его взял не с пустого места), но сводится примерно к тому же – аппаратная поддержка разных режимов работы аналоговой части. Достаточно далеко от описанного вами “Да, управляемое светопропускание, для этого на матрицах есть специальный слой”.
Ууу, холиварная тема то затронута…
Не знаю за методики измерения и насколько мне понравятся 30 дБ в отдельно взятом сюжете, но могу сказать вот что: современные камеры позволяют без каких-либо проблем снимать в сложных условиях недостатка света уже с тёмными зумами. Причём я это и про кроп говорю.
А теперь нырните в прошлое и вспомните, с каким зубовным скрежетом вы ставили 800 ISO на камерах 12 или 14 лет назад.
Нечего тут рассуждать даже, сейчас любая адекватная камера сделает прекрасный снимок даже в сомнительных условиях. А ясным днем и 15-летний мамонт адекватную картинку даст
Топчутся на месте видимо потому, что дальше развиваться некуда. Конечно-же, когда будут применяться совершенно иные технологии, о которых мы сейчас и понятия не имеем – тогда и начнется прогресс.
Ничего, допилят пленоптику. Научатся делать хорошие дифракционные линзы. Научатся делать асферику сложного профиля. Для монохроматического излучения уже смогли исправить все аберрации одной линзой в пределах вменяемого угла. Далее накинут вычислительных мощностей побольше. И не будет больше ни громоздких объективов, ни больших матриц. И вместе с тем не будет ни болтовни про рисунок, боке, цвет и прочее – это будет рассчитываться парой ползунков в риал-тайм или же хотя бы в постобработке. В общем-то это не самая сложная математика. Не будет фронт- и бэкфокуса. И вообще – фокуса. Зачем он в пленоптической камере?) Не будет больших матриц – во-первых дорого, во-вторых – большого смысла в них не будет. Физику обманут “поумневшими” способами накоплением сигнала, а то и чисто вычислениями. Фотография станет лютейшей казуальщиной с засильем софта еще хлеще, чем сейчас. Человеки со старыми добрыми матрицами и затворами, а также большими трубами на шее, будут восприниматься примерно как сейчас люди, которые снимают на пленочный СФ или коллодий.
Вот прямо ножом по Цейсу и серпом по матрицам.
Что-то, подозреваю, цейсс исследования соответствующие проводит. А у кэнона есть крупносерийная оптика с дифракционными линзами уже очень давно.
И только Красногорский ордена Ленина, ордена Трудового красного знамени личный Его Императорского Высочества завод…
Я понимаю так, что производителям проще “рожать” на свет устройства на 100, 200 и более мегапикселей, чем давать сразу “честные и чистые” 10 Мп.
Во-первых, девайсы с двукратным числом мегапикселей лучше продаются; во-вторых, полнокадровую матрицу в смартфон не запихнёшь.
Об этом половина темы примерно. 100 мегапикселей, ужатых до честных 10, будут выглядеть лучше, чем честные 10, в том числе и по шумам. Возможно, в этом кроется ответ на старый вопрос Аркадия.
Еще никто не жалуется, что картинка с новых телефонов выглядит хуже, чем картинка со старых. Мощности позволяют перемолоть эти мегапиксели. Заговора нет.
я уже долгое время считаю, что Nikon, уверенно занимающий второе место в общемировом рейтинге фотографических брендов, дает всегда чуть больше и чуть дешевле, чем Canon с точно такой же камерой.
Сейчас оба главных бренда выждали, посмотрели на ошибки Sony, FujiFilm, убедились в ожиданиях рынка фотолюбителей и начали “стричь капусту” на беззеркалках…
Подробнее: https://udivil.com/canon-ili-nikon-d7500-eos-200d/
“Сейчас оба главных бренда выждали, посмотрели на ошибки Sony, FujiFilm”
Сони наделала столько “ошибок”, что на неё потянулись владельцы Кэнон, стали продавать свои камеры и вешать L-ки на Соньки через переходники.
Про “ошибки” Фуджи тоже любопытно. GFX хорошая такая “ошибка” которая стоит как Canon R5(вернее наоборот полный кадр подтянулся по цене к бюджетным СФ камерам).
Про СФ сейчас конечно “знатоки” скажут, что это недокроп, ну тогда есть Pentax 645Z на точно такой же матрице.
“Подробнее:”
А вот эта ссылка здесь не нужна.
ужаснейшая статья
Так это просто малоприкрытая реклама раскрутки блога с разнообразной петрушкой таких же “статей” (не информационных, а ради привлечения аудитории)
Я бы на это среагировал соответствующим образом.
У меня есть большое подозрение что шумы – это уже больше про свойство света, чем матрицы.
Только вот пока все никак не могу собратся чтоб математически это обосновать (или опровергнуть)
А как свет может шуметь? На мой взгляд, шумы как раз зависят в основном от матрицы и её обвязки. Две разные матрицы передают один и тот же свет с разным уровнем шума :)
> А как свет может шуметь?
Легко! Дробовый шум это называется. Энергия фотонов ведь квантованная, и если ячейки ловят буквально по нескольку фотонов, то отличие в один фотон приводит к наличию некоторого неуменьшаемого различия в уровнях считанного сигнала. Но это про плавающие в жидком азоте астрономические матрицы (и, может быть, про A7s в свете звёзд), а не про повседневную фотографию, когда фотонов достаточно много.
Данные с DxO не всегда соотносятся с реальностью. Например, если сравнить Nikon D80 и D200. DxO оценили условно хорошее ISO для D80 в 524, а для D200 в 581. Казалось бы – разница где-то в 1/6 стопа. Но на самом деле это не так: D80 шумит заметно больше, чем D200 – примерно на 2/3 стопа. Владею обеими камерами, проводил личное сравнение в одинаковых условиях, разница по шумам оценивалась на глаз. ISO500 на D80 шумят примерно также, как ISO800 на D200.
Второй пример: Fuji S3 Pro. DxO оценили ISO Sports этой камеры как 346.
У Nikon D40 оно оценено как 561. Так вот по факту на высоких ISO (400, 800) у Протройки визуально меньше шума.
Предположу, что дело тут в том, что DxO при вычислении ISO Sports учитывают не только само отношение сигнал/шум, а, как выше писал Аркадий, ещё и ДД в 9 стопов и глубину цвета.
Третий пример: ДД камер Nikon D700 и D3. DxO их оценивает примерно одинаково – 12,2 стопа.
Однако если почитаем обзоры камер на DpReview, там ДД у D3 показан на 3/4 стопа больше: 8,6 eV против 7,8 eV у D700.
Да и сама разница между данными с DpReview и Dxo Mark вызывает вопросы – разница с DpReview на 3 ступени.
По опыту съёмки на D700 могу сказать: недостатка в ДД не испытываю. Хайлайты, конечно, любит терять, но делаем скидку на возраст. Да и тут скорее ошибка фотографа, а не несовершенство камеры :)
Аркадий и коллеги, а что вы думете про Foveon-матрицы и перспективы Full frame foveon, который давеча обещала выкатить сигма.
https://www.dpreview.com/news/6995633043/sigma-says-its-full-frame-foveon-x3-sensor-will-be-ready-sometime-this-year
Стоит ли начать смотреть в сторону сигмы-панасоника, как перспективной фотосистемы будущего? :-)
Производство камер у Сигмы – это просто имиджевое хобби.
Они давно хотят спроектировать полнокадровый сенсор, но технологические проблемы мешают этому. Крайняя модель на Фовеоне – Sigma Quattro H c APS-H матрицей.
Проблема камер на Фовеоне – есть базовое ISO и все остальные. На базовом ISO наилучший результат. По ДД на базовом ISO Sigma Quattro H уступала Sony A7Rm2/A7Rm3.
Ещё одна проблема Sigma – отсутствие в свободной продаже камер, объективов на этот байонет, батарей, батарейных ручек/блоков и отсутствие сервиса. Ещё один негативный момент – прожорливость.
И по сервису – есть 1 в Москве на всю Россию. У меня была Sigma SD1 Merrill.
ФФ должны выпустить. Но из-за особенностей технологии высокие ИСО там не видать.