Variabler ISO-Sensor: Möglich und / oder nützlich?

Diese Antwort auf die Frage, wie ISO in Digitalkameras implementiert ist, scheint zu implizieren, dass für jede Fotoseite ( dh Pixel) die ISO unabhängig eingestellt werden kann. Wenn dies zutrifft, würde ich denken, dass es theoretisch möglich ist, ein Foto aufzunehmen, bei dem bestimmte Fotoseiten eine andere ISO aufweisen als andere. Der erste Teil meiner Frage lautet: Unter der Annahme, dass eine variable ISO möglich ist, wäre dies nützlich? Es scheint mir, dass dies ein nützlicher Weg sein könnte, um den Dynamikbereich des Sensors zu vergrößern, z. B. indem ein hoher ISO-Wert nur für Bereiche des Bildes gewählt wird, die sich im Schatten befinden. Angenommen, eine variable ISO wäre nützlich. Warum wurde sie noch nicht in Digitalkameras implementiert? (Oder hat es?)

— ESultanik
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Klingt technisch möglich, erfordert jedoch möglicherweise zu viele Schaltkreise mit Pixelgenauigkeit und ist möglicherweise schwer zu skalieren und verursacht zu viel Wärme. Darüber hinaus ist nicht klar, dass dies besser funktioniert als aktuelle Lösungen wie das teilweise Lesen von Fotoseiten während der Belichtung oder das Vorhandensein von Fotoseiten unterschiedlicher Größe, wodurch sie unterschiedliche native Empfindlichkeiten erhalten.

— Itai

Es gibt einen kleinen Haken: Sie müssen ISO einstellen, bevor Sie einen Pixelwert lesen, aber Sie wissen, dass das Pixel erst nach dem Lesen des Werts zu einem Schattenbereich gehört .

— Imre

@Imre Stimmt, aber das ist nicht unbedingt ein technisches Problem. Zum Beispiel gibt es, wie oben erwähnt, bereits eine Technologie zum Lesen von Fotoseitenwerten während der Belichtung. Fortgeschrittene Messsysteme könnten auch verwendet werden, um ISO-Werte für Regionen zu "erraten". Schließlich könnte für Standbilder wie Landschaften eine anfängliche Testbelichtung verwendet werden, um die ISO-Werte für eine zweite Aufnahme festzulegen.

— ESultanik

Es ist zu beachten, dass ISO nichts daran ändert, wozu der Sensor oder das Pixel tatsächlich in der Lage ist. Die ISO-Einstellung ändert lediglich den Weißpunkt einer bestimmten Belichtung. Sensoren sind feste lineare Geräte, die in der Lage sind, eine feste Ladung (Anzahl der Elektronen) in jedem Pixel zu registrieren, +/- der Durchschnitt des elektronischen Rauschens (der heutzutage auf normalisierter Basis nur wenige Elektronen beträgt). Durch Erhöhen der ISO alle Sie sagen, dass "Weiß" nicht bei 40.000 Elektronen erreicht wird, sondern bei 20.000 oder 10.000 usw.

— jrista

Was an jedem Pixel auftritt, ist die Aktivierung von Zeilen / Spalten und das Auslesen der Ladung. Während des Auslesens wird diese Ladung um den erforderlichen Betrag verstärkt, um gemäß der ISO-Einstellung "gesättigt" zu werden, und gleichzeitig kann auch eine Vielzahl von elektronischen Rauschkompensationen angewendet werden (im D800 ist eine Reihe von Schaltkreisen vorgesehen zur Reduzierung des elektronischen Rauschens, weshalb der Low-ISO-DR so gut ist.) Logischerweise glaube ich nicht, dass so etwas wie eine variable ISO zutreffen würde. Die Lösung für ein Rauschen mit niedrigem SNR besteht darin, das elektronische Rauschen zu reduzieren ... und Sony hat dies bei seinen Exmor-Sensoren erreicht.

— jrista

Antworten:

Ich weiß am ehesten, woran Sie denken, was Fujifilm mit dem DR-Modus in seinen EXR-Sensoren macht (siehe X-10 und X-S1) - die Hälfte der Pixel wird absichtlich durch einen Stopp (oder zwei) unterbelichtet ) und kombiniert mit den "normal" belichteten Pixeln, bevor das Bild ausgegeben wird. Weitere Informationen finden Sie im X-10-Test von DPReview. Sie interessieren sich hier für den 6-MP-DR-Modus und nicht für den 12-MP-DR-Modus, bei dem es sich um die Standardunterbelichtung handelt. Wenden Sie dann eine andere Tonkurve auf das gesamte Bild an "Heutzutage in vielen Kameras zu sehen und tauscht Schattenrauschen gegen einen erhöhten Dynamikbereich aus. Der 6-MP-DR-Modus ist interessant, da Sie damit (theoretisch) den Dynamikbereich erhöhen und gleichzeitig das Schattenrauschen wie gewohnt beibehalten können, obwohl Sie dies natürlich tun. '

— Philip Kendall
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Im Wesentlichen würde ein Sensor wie dieser, der für jede Foto-Site eine variable Belichtung aufweist, ein Bild haben, das während des RAW-Konvertierungsprozesses tonemapiert werden muss. Mit jedem Pixel müssten mehr Informationen gesendet werden, und dies würde die Größe der übertragenen Daten zusammen mit der in der Kamera erforderlichen Verarbeitungsleistung erhöhen. Das ist nur ein technisches Problem, und ich bin mir sicher, dass dies in ein paar Jahren überhaupt kein Problem mehr sein wird.

Das größte Problem, das ich sehe, wäre sicherzustellen, dass die beliebten RAW-Konvertierungsprogramme den Dekodierungsprozess unterstützen. Die resultierende RAW-Datei muss möglicherweise 32-Bit-Farbinformationen enthalten, und die Unterstützung für 32-Bit-Farbbilder wird heute nur sehr eingeschränkt unterstützt. Zum größten Teil müssen sie zuerst auf 16-Bit reduziert werden. Dies ist kein Prozess, der großartige Ergebnisse liefert, wenn er mit der heutigen Software automatisch durchgeführt wird.

— Eric
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Wirklich, ich sehe keine Hersteller, die sich um solche Kopfschmerzen kümmern. Aus diesem Grund haben sie ein proprietäres RAW-Format und Fuji hat nie aufgehört, seltsame Anordnungen von Pixeln mit verschiedenen Größen und Farbfiltern zu erstellen. Wenn sie einen Vorteil daraus ziehen können, erwarte ich, dass sie es tun. Die meisten High-End-Bildverarbeitungsanwendungen, einschließlich Lightroom & Bibble (jetzt AferShot), arbeiten bereits intern in 32-Bit. Es ist effizienter, mit modernen Prozessoren linear in 32-Bit zu arbeiten. Der erste Absatz, den Sie geschrieben haben, macht für mich jedoch Sinn.

— Itai

CMOS-Sensoren sind im Grunde bereits eine Reihe von Sensoren mit unterschiedlichen ISO-Werten, die sie kompensieren müssen. Dies verleiht CMOS-Sensoren ein plastisches Aussehen, dämpft aber auch das Ausblühen.

Tatsächlich stellen sie jedoch bereits CMOS-Chips mit mehreren "ISO" her, um einen höheren Dynamikbereich zu erreichen, bei dem der Pixelgrößenbereich für die Hälfte der Pixel doppelt so groß ist oder eines der beiden grünen Pixel doppelt so empfindlich ist wie das andere. Die Kosten betragen mehr Transistoren pro Pixel, was zu Problemen mit dem Rauschen und der Gesamtempfindlichkeit führen kann, da weniger Platz für die Fotosensoren bleibt. Lichtintegrierende Zellen mit großen Pixeln führen (im Allgemeinen) zu einem geringeren Rauschen, weshalb ein 36 x 24 mm Sensor bei X Mpixel besser ist als ein 1/3 Zoll Sensor bei X MPixel - sie reagieren besser auf das Licht, um das Rauschen der gesamten Elektronik zu überwinden .

— Michael Nielsen
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