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(...)

a) man überprüft im Endprodukt JPEG - die Problematik wurde oben verdeutlicht, man kann nämlich durch Tricks eine größere Dynamik im JPEG "einfangen" als der Sensor eigentlich liefert

Nein. Man kann im fertigen Bild den Eindruck einer hohen Dynamik erzeugen, auch wenn sie so nicht von Sensor (NUR dem Sensor) geliefert wurde.

 

B) man überprüft direkt hinter dem Sensor - auch das ist nicht ganz unproblematisch (Objektiv-Einflüße), aber näher dran an dem was dem Fotografen zur Verfügung steht

Man prüft, was einem RAW-nach-Bildausgabe-Konverter zur Verfügung steht. Das ist überhaupt nicht problematisch, es ist die Praxis, um die der Fotograf gar nicht herum kommt.

Es sollte der Vergleichbarkeit wegen ein immer das gleiche "Normobjektiv" mit extrem geringem Streulicht adaptiert werden.

Der Messraum muss so gut wie technisch möglich frei von Streulicht und Reflexen sein, die das Objektiv oder das Testmotiv treffen könnten.

 

c) man überprüft alleine den Sensor ohne Objektiv - das können die Hersteller machen; da bleibt nur die Frage nach der Vergleichbarkeit

Dann kann man auch Datenblätter vergleichen, wenn man sie bekommt. Welchen Nutzen kann der Fotograf daraus ziehen? Intersssant sind sie für DEN Entwickler, der die direkt danach folgenden Verstärker designed, denn diese Verstärker sind essentiell wichtig für die Rauschfreiheit des Signals, welches aus ihnen hinten raus kommt.

 

Meine Meinung zu dem Vorgehen bei DxO sieht wie folgt aus: die nehmen eine genormte und gut dokumentierte und kontrollierte Bedingung und "messen" den Output des Sensors, der dem Fotografen zur Verfügung steht.

Das ist zwar nicht 100% lupenrein, aber doch sehr nahe an der Praxis orientiert. Was aus diesem Sensor-Output nun verwendet wird, kann der Fotograf bzw. Bild-Bearbeiter entscheiden.

Gut dokumentiert ja, die Frage ist, WAS haben sie gut Dokumentiert? Man kann auch wirres Zeug gut dokumentieren (was hier nicht zutrifft, wirr ist es nicht).

An der Praxis des Fotografen ist da gar nichts orientiert. Es ist noch nicht einmal nahe an der Praxis, weil für den Fotografen völlig sinnlos. Es sind Daten die für Werbezwecke prima genutzt werden können und darauf haben sich Hersteller eingeschossen.

Auch dafür ist eine gute Dokumentation des Messverfahrens enorm wichtig, denn ohne diese Dokumentation haben die Hersteller keine Change zur "Anpassung".

 

(...)

Nicht mehr und auch nicht weniger - ein höherer Dynamikumfang hinter dem Sensor hat also nicht unbedingt eine höhere Bildqualität zur Folge, aber er bietet die Möglichkeit, die von einem Spezialisten genutzt werden kann ..

Ja, von den Entwicklern der Elektronik nach dem blanken Sensor und den Entwicklern des RAW-Konverters.

 

Gruß Thorsten

 

Dann erst kommt der Fotograf und dieser kann dann die kamerainterne Umsetzung oder einem externen RAW-Konverter nutzen und das Beste daraus machen.

 

Ich weiß, ich bin penetrant und hartnäckig. Das bringt mein, dieser Technik nahe stehender, Beruf so mit sich.

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Hallo Wolfgang,

und das letzte möge bitte auch so bleiben! :D

 

Auch wenn ich deine Einwände nachvollziehen kann, so würde das bedeuten, daß die Hersteller für einen "guten Dynamikumfang" also eine "überblendende" Optik beilegen sollten - jetzt wollen wir mal nicht hoffen, daß die Spitzenreiter wie Hasselblad, Nikon, Pentax und PhaseOne das bei ihren Sensoren (pardon Kameras) getan haben :confused:.

 

Du hast sicherlich recht, was den "echten Sensorwert" für den Entwickler des nachfolgenden Verstärkers angeht - aber genau jener ist maßgeblich für das dem Bildbearbeiter zur Verfügung stehende "Rohmaterial" verantwortlich. (da sind wir uns glaube ich auch einig, oder?)

 

Ich hatte ja schon andernorts häufig darauf hingewiesen, daß der von DxO ermittelte Wert eben auch nur als solcher eine Berechtigung besitzt, aber nicht ALLEINE oder UMFASSEND die Leistungen einer Kamera bewertet.

 

Wenn man jedoch andere Meßverfahren einer Kamera-Objektiv-Kombination zugrunde legt, die evtl. auch noch auf JPEG-Konvertierungen des Herstellers basieren, hat man eine weitere Ebene Manipulation eröffnet - oder sehe ich das nicht richtig?

 

Neben der grundsätzlichen Frage, ob diese Messung überhaupt sinnvoll für mich als Fotograf ist, bleibt die Frage nach einer besseren Messmethode bestehen. Hast du einen Vorschlag?

Ich könnte mir ja vorstellen, den Sensor in einem schwarzen Raum von einer Lampen-Linsen-Kombination ohne Objektiv zu beleuchten - sollen wir mal bei DxO anrufen oder anheuern? :D

Gruß Thorsten

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Nicht mehr und auch nicht weniger - ein höherer Dynamikumfang hinter dem Sensor hat also nicht unbedingt eine höhere Bildqualität zur Folge, aber er bietet die Möglichkeit, die von einem Spezialisten genutzt werden kann ..

Es ist eher umgekehrt. Profunde Kenntnisse in Bildbearbeitung helfen eher, die Unterschiede hinsichtlich Kameras und Sensoren zu nivellieren. Wie ich schon sagte, bei gleichem Aufnahmeformat (und für sichtbare Formatunterschiede würde ich mindestens den Faktor 2 ansetzen) unterscheidet sich der Output lediglich hinsichtlich des Grads der Signalaufbereitung. Was die Kamera da nicht macht, kann man auch hinterher als Anwender vornehmen. Wenn man weiß, wie. Meistens braucht man das aber gar nicht. Es ist eher so, dass man ein Spezialist sein muss, um zu erkennen, mit welcher Kamera ein Foto gemacht wurde. Die Transformation einer RAW-Datei in ein ansehbares Foto wirkt da unheimlich egalisierend, weil die Konvertierung in den RGB-Farbraum, bzw. Print so ziemlich alles nivelliert, was an Unterschieden vorhanden war. Um das, was dann noch übrig ist, sichtbar zu machen, muss man dann schon einen gewissen Aufwand treiben, bzw. eine Expertise erstellen. Oder Pixelpeepen.

 

Eine weitaus signifikantere Nivellierung ist übrigens in den Sensor Rankings von DxO selbst gut zu erkennen. Es gibt keine klare Linie in Hinsicht auf irgendein Kriterium wie z.B. Preis, Professionalität oder Formatgröße. Im Gegenteil, die Ergebnisse streuen alle um einen Mittelwert (ca 60 Punkte) mit wenigen Ausreißern nach oben und unten. Allein die FT-NMOS Sensoren (Ohne die GH-Reihe) pendeln ohne (für mich) erkennbaren Grund von 51-56 Punkten. Das ist mehr als doppelt so viel, wie der Unterschied zwischen Pentax K5 und Nikon D700, und mehr als zwischen K5 und Hasselblad H3DII50 , wobei die K5 jeweils besser abschneidet (Für's Protokoll: damit sind die Sensorunterschiede zwischen den FTs größer als zwischen deutlich unterschiedlichen Formaten - MF -KB - DX - die Sensorgröße spielt also wirklich keine Rolle :o). Ich bin zwar kein Mathematiker, aber ich vermute, wenn man die Rankings auswürfeln würde, käme man auf ein ähnliches Ergebnis.

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Hallo Nolite,

ich gebe dir bezüglich dem "Sensor-Ranking" und vor allem dem bescheuerten Absolutwert (alles in eine Zahl) vollkommen recht: absolut praxisfremd, absolut unerheblich, absolut nichtssagend für die fotografische Praxis .. wir hatten schon einmal irgendwo eine Diskussion zu DxO; mich interessieren da nur die einzelnen Diagramme und Messungen, die Punkte und Rankings sind Beiwerk einer unnützen Bewertung (in meinen Augen).

Ich halte allerdings den Dynamikumfang für mich persönlich für durchaus aussagekräftig - als EIN EINZELNER Punkt unter vielen.

Gruß Thorsten

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Hallo Nolite,

ich gebe dir bezüglich dem "Sensor-Ranking" und vor allem dem bescheuerten Absolutwert (alles in eine Zahl) vollkommen recht: absolut praxisfremd, absolut unerheblich, absolut nichtssagend für die fotografische Praxis ..

Ich meinte auch nicht das Ranking, sondern die Bewertungszahl, Punktzahl, wie auch immer man das nennen will, die nach DxO: "showing the performance for a general-purpose use".

Ich halte allerdings den Dynamikumfang für mich persönlich für durchaus aussagekräftig - als EIN EINZELNER Punkt unter vielen.

Den kannst Du Dir doch ebenfalls anzeigen lassen, einfach auf den Reiter "Landscape (Dynamic Range)" gehen. Das Diagramm sieht allerdings nicht viel anders aus. Höchstens, dass der durchschnittliche Dynamikumfang bis 2007 bei ca. 11EV lag; jetzt scheint er bei ca. 11,5 EV zu liegen. Und dass zwischen Dynamikumfang und Sensorgröße/Pixelgröße/lichtempfindlicher Fläche praktisch keinerlei Zusammenhang besteht. Er ist damit völlig unabhängig von der tatsächlichen Lichtmenge, bzw. der Signalstärke, die tatsächlich am Sensor ankommt. Darauf wollte ich eigentlich in #48 heraus. Nun gibt mir DxO sogar eine Datenbasis, die meine These untermauert.

 

Wenn eine Phase One P65+ mit 60mio x 6µm lichtempfindlicher Fläche 13EV Dynamikumfang hat (laut Phase One nur 12,5EV), und eine K5 mit 16mio x 4,75µm lichtempfindlicher Fläche 14,1 EV Dynamikumfang, wie kommt das Ergebnis dann Deiner Meinung nach zustande, wenn nicht durch unterschiedliche Entrauschung?

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Wenn eine Phase One P65+ mit 60mio x 6µm lichtempfindlicher Fläche 13EV Dynamikumfang hat (laut Phase One nur 12,5EV), und eine K5 mit 16mio x 4,75µm lichtempfindlicher Fläche 14,1 EV Dynamikumfang, wie kommt das Ergebnis dann Deiner Meinung nach zustande, wenn nicht durch unterschiedliche Entrauschung?

 

[ich hatte geschrieben: Das für die Dynamik wichtige Element (physikalisch vor der Verstärkung) heißt nicht Sensorfläche sondern wirksame Pixelfläche; die 6µm zu 4,75µm Pixel-Pitch beschreiben den mittleren Pixelabstand, haben aber nicht unbedingt einen Bezug zur optisch wirksamen Pixelfläche, denn die optisch wirksame Fläche eines jeden Pixels kann man z.B. über Microlinsen vergrößern; die ist ebenfalls von den die Pixel abgrenzenden Bereichen auf dem Chip abhängig, auch wenn die durch den Pitch nach oben natürlich begrenzt ist.]

Anmerkung: Wolfgang hat darauf hingewiesen, daß diese Aussage NICHT korrekt ist. Denn für die Dynamik ist nur wichtig, wie groß der "Topf" eines jeden Pixels ist. Die optisch wirksame Fläche ist nur für die Empfindlichkeit (ISO) wichtig, das ist aber für die nutzbare Dynamik unerheblich.

 

Dann kommt das ganze noch durch den internen Verstärker, der wesentlichen Anteil am Rauschen hat; bevor das analoge (!) Signal digitalisiert wird (Wandler). Auch der Wandler und dessen Qualität kann also Einfluß auf die nutzbare Dynamik haben.

 

Die Frage, ob da schon aktive Entrauschung in der K5 oder "nur" verbesserte Verstärker/Wandler eingesetzt werden, entzieht sich meiner Kenntnis; kann das aber sowieso nicht ändern sondern nur nutzen (oder auch nicht).

bearbeitet von matadoerle
Verdeutlichung in der Formulierung
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(...)

Wenn eine Phase One P65+ mit 60mio x 6µm lichtempfindlicher Fläche 13EV Dynamikumfang hat (laut Phase One nur 12,5EV), und eine K5 mit 16mio x 4,75µm lichtempfindlicher Fläche 14,1 EV Dynamikumfang, wie kommt das Ergebnis dann Deiner Meinung nach zustande, wenn nicht durch unterschiedliche Entrauschung?

Mische mich mal ein.

Durch nutzen an auch für DxO nicht erreichbarer Stelle von dem was ich oben schon mal geschrieben habe, Zitat:

Auch dafür ist eine gute Dokumentation des Messverfahrens enorm wichtig, denn ohne diese Dokumentation haben die Hersteller keine Chance zur "Anpassung".

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Das für die Dynamik wichtige Element (physikalisch vor der Verstärkung) heißt nicht Sensorfläche sondern wirksame Pixelfläche;(...)

Nur bedingt. Das will ich jetzt nicht aufdröseln, deshalb mal nur die Links:

DSLR-Forum - Einzelnen Beitrag anzeigen - Hat der Megapixel-Wahn jetzt auch die DSLRs erreicht?

DSLR-Forum - Einzelnen Beitrag anzeigen - 6 MP-Sensor mit neuster CMOS-Technologie noch denkbar?

Dynamikumfang - oder der Versuch eine ewige Verwirrung aufzuklären - Seite 33 - DSLR-Forum (Der Gast_57713 bin ich)

Die Einzeldiode müsste eigentlich einen irren Dynamikumfang vertragen.

Die Mikrolinsen ändern an der Dynamik nichts, denn sie sorgen dafür, dass die Empfindlichkeit größer ist. Dafür sind die Töpfe aber auch schneller voll! Mehr als voll können sie nicht werden.

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Die Mikrolinsen ändern an der Dynamik nichts, denn sie sorgen dafür, dass die Empfindlichkeit größer ist. Dafür sind die Töpfe aber auch schneller voll! Mehr als voll können sie nicht werden.

Hallo Wolfgang,

danke für die Korrektur. Ich mache oben einen Vermerk rein .. sind denn meine Erläuterungen insofern korrekt, daß der Dynamikumfang vom optischen Rauschen, dem Verstärkerrauschen und dem Wandlerrauschen abhängig ist?

Denn wenn bei gleichem "physischen" Aufbau eines Pixels der Topf zwar größer wird, dann wird das optische Rauschen weniger störend; dadurch steigt aber nicht zuwangsläufig der Dynamikumfang, denn jene erste analoge Stufe der Wandlung von Licht in Digitalsignal muss ja noch analog verstärkt und dann digital gewandelt werden.

Gruß Thorsten

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Dazu habe ich früher schon mal ein Bildchen gezeichnet, um das übersichtlicher zu gestalten. Die unten eingezeichnete, ansteigende Linie von Stufe zu Stufe ist immer als Summe der bis dahin aufgelaufenen Störungen der vorhergehenden Stufen zu sehen. Dazu muss man sich noch das Photonenrauschen vor der Frontlinse denken.

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Hallo Wolfgang,

danke für diese anschauliche Übersicht. Gibt es eine qualitative Größenordnung, was die einzelnen Rauschanteile der unterschiedlichen Stufen in der Praxis angeht?

Und dann vielleicht noch eine Frage von mir: wenn der "Topf" eines Pixels doppelt so groß wird, steigt ja theoretisch der Dynamikumfang um eine Blendenstufe (1 EV) - aber nur solange die nachfolgenden Stufen das auch verarbeiten können. Gibt es eine Größenordnung der nachfolgenden Elektronik (Verstärker/Wandler) on chip, was machbaren Störabstand angeht?

Gruß Thorsten

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Hallo Wolfgang,

danke für diese anschauliche Übersicht. Gibt es eine qualitative Größenordnung, was die einzelnen Rauschanteile der unterschiedlichen Stufen in der Praxis angeht?

Jetzt geht es ganz tief in die Elektronikbauteile. JEDES Bauelement rauscht, auch ein profaner Widerstand. Das Rauschen ist abhängig von der Temperatur und steigt ungefähr um 6db pro 6 K, also verdoppelt sich pro 6°C.

Der AD-Wandler erzeugt ein Quantisierungsrauschen. Das ist ganz einfach die Unsicherheit, ob er im Zweifelsfall eine Stufe hoch schalten soll oder nicht, wenn der Analogwert "auf der Kippe" steht.

Je nach dem, wo und wie das Rauschen entsteht, hat es verschiedene Namen und ist irgendwie statistisch verteilt. Das kann man vielleicht leichter an etwas erklären, was jeder mehr oder weniger gut von seiner Stereoanlage kennt:

Brummen, Knistern, Knacken, Säuseln, Zischen, "weißes" Rauschen, "rosa" Rauschen usw. sind in der Audiotechnik die landläufigen Bezeichnungen für allerlei Störungen, die jeweils in unterschiedlicher Menge vorhanden sind.

Das ist bei der Bildverarbeitung, bzw. der Verarbeitung von elektrischen Signalen zu einem Bild physikalisch genauso, "sieht" nur anders aus.

Auch die Software (Firmware) verursacht Rauschen (klingt blöd, gelle?), denn sie kann ja auch nur in kleinen Schrittchen Signale verarbeiten.

Elektrische Leitungen und Bauteile stören sich gegenseitig induktiv und kapazitiv. Mit höher werdenden Frequenzen in der DV wird das immer kritischer und die Leitungsführung auf den Chips und im Rest der Kamera immer wichtiger.

Da ist auch jetzt die größte Baustelle. Allein mit der Eliminierung dieser nicht vom Sensor selbst (den Empfangsdioden) verursachten Störungen kann grob geschätzt eine Blendenstufe "unten rum" heraus geholt werden.

Wichtig ist, dass sich die verstärkten Signale (und der ganze Digitalkram mit relativ hohen Spannungssprüngen hoher Frequenz) möglichst weit weg von den Signalen vor der Verstärkung befinden oder dazwischen für eine Abschirmung gesorgt wird.

 

Und dann vielleicht noch eine Frage von mir: wenn der "Topf" eines Pixels doppelt so groß wird, steigt ja theoretisch der Dynamikumfang um eine Blendenstufe (1 EV) - aber nur solange die nachfolgenden Stufen das auch verarbeiten können. Gibt es eine Größenordnung der nachfolgenden Elektronik (Verstärker/Wandler) on chip, was machbaren Störabstand angeht?

Gruß Thorsten

Und die Empfindlichkeit sinkt um eine Blendenstufe, weil er ja doppelt so lange braucht bis er voll ist.

Zum machbaren Störabstand siehe oben. Daran wird gearbeitet, aber je kleiner die Strukturen werden und je dichter sie in kleinen Kameras zusammrücken müssen, um so schwieriger wird das.

Das ist ungefähr so wie in einem Bus. Wenn nur drei Fahrgäste mitfahren, dann können sie so weit voneinander sitzen, dass sich die ungewaschenen Füße und der Knoblauch vom Vortag nicht stören.

Aber wenn der Bus knallvoll ist und die Fahrgäste im Mittelgang noch stehen und es im Sommer auch noch heiß ist ....

 

Vielleicht dazu noch eine Ergänzung.

bearbeitet von wolfgang_r
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...Und die Empfindlichkeit sinkt um eine Blendenstufe, weil er ja doppelt so lange braucht bis er voll ist....

 

Entschuldigt, wenn ich mich einmische:

Der „Eimer“ ist nicht voll, sondern das „Wasser“ hat eine Markierung an der „12 bit“ steht erreicht.

Die Spannung am Kondensator kann durchaus noch erhöht werden, nur muss dann die Bit-Breite des ADU zulegen.

Ulrich

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Nö, die Spannung kann nur bis zu einem Wert genutzt werden, der betriebsspannungsabhängig von der nachfolgenden Elektronik noch verarbeitet werden kann. Die Bitbreite bestimmt nur die Auflösung des Gesamtwertes, also die Feinheit der Schritte. Das könnten auch nur 4 Bit (16 Stufen), verteilt auf den gesamten Bereich, sein.

(Ich bevorzuge 6 Bit, die schmecken besser.)

bearbeitet von wolfgang_r
rsf, wieder mal zu schnell geschrieben
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Hallo Ulrich!

Entschuldigt, wenn ich mich einmische:

Der „Eimer“ ist nicht voll, sondern das „Wasser“ hat eine Markierung an der „12 bit“ steht erreicht.

Tut mir leid, aber das trifft nicht zu. Was du beschreibst entspräche etwa dem Unterschied, ob man den Kübel per Krügelglas oder per Schnapsglas ausschöpft - also rein die Granularität.

Die Spannung am Kondensator kann durchaus noch erhöht werden, nur muss dann die Bit-Breite des ADU zulegen.

Der Kübel ist voll, wenn die sogenannte "Full Well Capacity" erreicht ist. Jedes weitere Photon erzeugt dann Elekronen ausserhalb der auslesbaren Pixelfläche.

Damit ist auch der einzig zulässige Meßwert definiert: die Full Well Capacity. Der Dynamikumfang ist dazu absolut proportional!

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Und dann vielleicht noch eine Frage von mir: wenn der "Topf" eines Pixels doppelt so groß wird, steigt ja theoretisch der Dynamikumfang um eine Blendenstufe (1 EV)

Und die Empfindlichkeit sinkt um eine Blendenstufe, weil er ja doppelt so lange braucht bis er voll ist.

aber eine Absenkung der sättigungbasierten Empfindlichtkeit, wegen Steigerung der "Full Well Capacity", ist ja nichts Schlechtes.

Das sagt ja nichts über die Empfindlichkeit für wenig Licht aus, oder ?

 

Gruß

Günter

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aber eine Absenkung der sättigungbasierten Empfindlichtkeit, wegen Steigerung der "Full Well Capacity", ist ja nichts Schlechtes.

Das sagt ja nichts über die Empfindlichkeit für wenig Licht aus, oder ?

 

Gruß

Günter

Da hätte ich auch nichts dagegen. Die Empfindlichkeit für wenig Licht ist dann wieder eine andere Sache, das hängt auch von der Technologie der nachfolgenden Stufen ab. Sie muss nicht schlechter werden, kann aber.

Wie aber die "Full Well Capacity" vergrößern? Da gibt es nicht nur ein Platz (Tiefen-)-Problem, sondern noch andere. Wenn das nicht irgendwie problematisch wäre, dann gäbe es längst eine größere Full Well Capacity. Bei Sensoren mit viel weniger Auflösung, die nicht gerade im (Konsumer-)Fotobereich eingesetzt werden, gibt es das. Die Andor DU-920N-BV mit 26 x 26 µm² Pixeln hat 510000 e zum Beispiel, also das Zehnfache gegenüber unseren Knipsen.

Leider müssen diese Art Chips in den Kameras gekühlt werden, sonst nützt die große Full Well Capacity nichts, es rauscht sonst auch mehr.

bearbeitet von wolfgang_r
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Der Kübel ist voll, wenn die sogenannte "Full Well Capacity" erreicht ist.

Außer der Photo-Diode müssen noch 3 Transistoren je Pixel integriert werden, deren Flächenbedarf sich in den letzten Jahren verringert hat, zu Gunsten einer Kapazitätserhöhung.

Der Sensor der Pentax K-5 zeigt es: Dynamikzunahme durch Übergang von 12 bit auf 14 bit pro Pixel; das ist aber eine Kostenfrage.

Ulrich

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Bei der Kette der "Rauschgeneratoren" - deren Addition der Rauschanteile natürlich nichtlinear ist - sollte der Einfluss der Temperatur Beachtung finden.

Will sagen, in Abhängigkeit der Betriebsdauer steigt ja wohl auch die Temperatur des Sensors an.

Gibt es da schon Untersuchungen, inwieweit das Rauschen als Funktion der Einschaltdauer einer Kamera variiert?

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Dazu gibt es hier eine Abhandlung.

Interessant ist für unsere Praxis nur das Dunkelstromrauschen bei Langzeitbelichtungen. Diese Beschreibung kann man auf alle Sensoren übertragen. Das ist bei Halbleitern eben so. Die anderen Rauschanteile sind eher von der Taktfrequenz der Digitalitis und dem Kameralayout abhängig, siehe #62.

bearbeitet von wolfgang_r
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Dazu gibt es hier eine Abhandlung.

Interessant ist für unsere Praxis nur das Dunkelstromrauschen bei Langzeitbelichtungen. Diese Beschreibung kann man auf alle Sensoren übertragen. Das ist bei Halbleitern eben so. Die anderen Rauschanteile sind eher von der Taktfrequenz der Digitalitis und dem Kameralayout abhängig, siehe #62.

Danke Dir für den Quellenhinweis, Wolfgang.:)

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