Hinweis: Das dunkel eingestellte menschliche Auge kann ein einzelnes Photon erkennen!
Kurz: Etwa 5 Pikolumen pro Pixel mit den besten kommerziellen DSLRs wie einer Nikon D3.
Lang :-):
Die minimal erkennbare Lichtquelle hängt von der Kamera und der Größe des Bildbereichs ab, den die Quelle einnimmt. Für eine optimale Erkennbarkeit ist eine Quelle "am hellsten", wenn ihre gesamte Energie in einem Bereich von einem Pixel ankommt. Das Bild wird in den meisten Fällen nicht sehr interessant sein :-).
Um jedoch zu versuchen, eine sehr ungefähre empirische Antwort auf die Frage zu geben:
Ich werde auf dem Weg verschiedene Annahmen treffen und sie am Ende zusammenfassen, damit sie wie gewünscht angepasst werden können.
1 EV befindet sich etwas über dem hellen Mondlicht und wird 1 Sekunde lang bei ISO 100 bei f1 korrekt belichtet.
1 EV = 1 Lux = 1 Lumen pro Quadratmeter.
Ich werde hier die Versuchung vermeiden, in Steradiane und Candela zu springen und mich an intuitivere empirische Begriffe zu halten :-).
Nehmen wir an, Sie verwenden eine Nikon D3s mit einem 12-Megapixel-Sensor, der im Dunkeln ohne Photonen sehen kann.
Bei etwa 100.000 ISO und einer Belichtung von einer Sekunde bei f1 bei 1 EV und Dunkelfeldsubtraktion haben Sie möglicherweise Schwierigkeiten zu erkennen, ob ein bestimmtes Pixel beleuchtet wurde oder nicht, da selbst ein D3s etwas verrauscht wird. Bei etwa 12800 ISO würde es kaum Zweifel geben.
Wenn Sie Ihre Kamera auf 1 Quadratmeter einstellen, liefert die 1-EV-Beleuchtung insgesamt 1 Lumen, sodass der 12-Millionen-Pixel-Sensor ~ 1 / 12.000.000stel Lumen pro Pixel akzeptiert.
Das ist bei f1 und ISO 100 und 1 Sekunde Belichtung.
Wenn Sie den ISO-Wert wie oben auf 12800 erhöhen, können Sie wieder 1/12800 weniger Licht erkennen.
1/12 Million x 1/12800 ~ = 6,5 x 10 ^ -12 Lumen = 6,5 Picolumen.
Ich glaube nicht, dass ich zuvor Picolumen gesehen habe :-)
Also, wenn alle:
Sie verwenden ein F1-Objektiv
Ihre Kamera kann eine Sekunde lang mit ISO 12800 bei 1 Lux oder 1 EV abbilden und eine erkennbare Änderung in einem bestimmten Pixel erzeugen
Sie haben einen 12-Megapixel-Sensor
Dann können Sie ungefähr 5 Picolumen ** in einem einzelnen Pixelbereich ERKENNEN.
Eine Nikon D3S sollte dies daher relativ einfach tun.
Längere Belichtungszeiten führen zu einer erhöhten Empfindlichkeit, aber mit der Zeit holt das Rauschen sogar D3s ein.
Über den gesamten 12-Megapixel-Sensor entspricht dies 78 Mikrolumen, was 1/12800 eines Lumen insgesamt entspricht, was nicht überraschend ist, da es nur die Umkehrung der ISO-Einstellung ist, wenn ein Quadratmeter mit 1 Lumen pro Quadratmeter abgebildet wird.
Wenn Sie Bildbereich, Blende, ISO, Sensorpixel, Belichtungszeit oder Kamerafähigkeit variieren, variiert die Antwort entsprechend.
Der größte Gewinn, den Sie mit einem bestimmten Sensor erzielen können, ist die Kryokühlung.
Und dann gibt es fortschrittliche Fotomultiplikationssensoren, die die Frage aus dem Bereich der "normalen Fotografie" herausnehmen. zB Elektronenmultiplikations-CCD, Frame-Transfer-CCD, Intensiviertes CCD, ...
Siehe auch:
Wikipedia Astrofotografie
Hinzugefügt: Sensordynamikbereich -
Es wurde vorgeschlagen, dass einige Kameras den D3s in Bezug auf die Lichterkennungsfähigkeit pro Pixel überlegen sind. Für Kameras, die tatsächlich verfügbar sind, um echte Fotos mit aufzunehmen, ist die D3s immer noch der König der niedrigen ISO-Werte. Siehe DxOMark die Auswertungen hier .
Sie erklären ihre Argumentation und Methode auf der obigen Seite.
In Bezug auf die Pixel pro Pixel sind die nächsten Konkurrenten tatsächlich schlechter als durch einen Faktor von square_root (Mp / 12) gezeigt, wobei Mp die Megapixel-Bewertung der Vergleichskamera und 12 = D3s 12 Mp ist. zB 36 Mp D800 ist schlechter als durch einen Faktor von sqrt (36/12) = 1,7 pro Pixel gezeigt.
Hinzugefügt:
Für diejenigen, die die Zeit und Geduld haben, sich durch einen langen Thread zu wühlen , werden in dieser DPReview-Benutzerdiskussion der Dynamikbereich des Sensors und VIEL verwandteres Material erörtert. Es gibt mehrere recht fähige und leistungsstarke Leute, die die Köpfe ziemlich solide zusammenschlagen, aber insgesamt scheinen sie sich weitgehend einig zu sein.
Der maximale Dynamikbereich eines Sensors ist eines ihrer einfachen Themen. Es besteht allgemein Einigkeit darüber, dass Gewinne, die teilweise auf Dithering zurückzuführen sind, bis zu + 1,8 dB mehr Dynamik ermöglichen als ADC-Bits.
Beachten Sie, dass Sie wieder mehr erhalten können, wenn der Sensor besser ist als die Auflösung des verwendeten ADC, ABER wenn der ADC entweder genauer als seine Anzahl von Bits ist, dh LSb = 1,0 oder 1,00 und nicht nur 1. in der tatsächlichen Genauigkeit ODER wenn der ADC ist in seinen Ergebnissen stabil, unabhängig von der tatsächlichen Genauigkeit. In solchen Fällen kann das Hinzufügen von gesteuertem Rauschen mit entworfenen Eigenschaften ermöglichen, dass mehr Bits aus dem ADC extrahiert werden, als es fiktiv besitzt.
Hier ist ein NatSemi (jetzt TI) Anwendungshinweis, der das Thema gut abdeckt.
TI Literaturnummer: SNOA232. Hier -> Verbesserung der Leistung des A / D-Wandlers durch Dithering
National Semiconductor Application Note 804, Leon Melkonian, Februar 1992
Siehe Abbildung 12, Seite 5, wo das Hinzufügen eines optimalen Dither-Rauschens die Wiederherstellung eines Signals mit einer Amplitude von 1/4 LSB ermöglicht - wodurch effektiv 2 Bits zum ADC hinzugefügt werden !!!.