Боян про кроп и шумы, ИСО, грип "по afanas'у"

Курю "Разумно о Фото"-2009 М.Афанасенкова. http://afanas.ru/ROF/
В нашем "FAQ по объективам" дана ссылка только на первый, очень отличающийся, вариант статьи "Разумно о Фото"-2004. http://afanas.ru/video/photo.htm

Вроде-бы в статьях большинство тем понятно, но нужно кое-что прояснить. На форуме афанаса зарегиться не удалось, попытаю здесь счастья.

Вопрос первый - посредством чего меняется ИСО на матрице?
Чувствительность пикселей задана технологически (КПД преобразования светового потока в электричество).
Серых фильтров, с управляемой плотностью, между объективом и матрицей нет.

 

Как-то вы туманно высказываетесь. Я понял так - на выходе матрицы стоят УУН (усилители управляемые напряжением). Но при этом мы не меняем чувствительности матрицы, мы усиливаем в разной степени (для разных ИСО) сигнал, включая шумы. Если-бы не шумы, тогда без разницы как назвать.
Если-бы мы увеличили чувствительность, мы-бы улучшили отношение сигнал/шум. Но чувствительность неизменна, задана технологией.

 

Попробую для проверки как Вас понял, пересказать своими словами.
У матрицы есть неизменная чувствительность, заданная технологией.
Весь остальной ряд доступных ИСО получают усиливая сигнал.
Например: матрица имеет ДД 12 стоп (2 в 12 степени), ИСО 100. Сигнал оцифровывается 12-разрядным АЦП. Сверху допустимый световой поток ограничен насыщением чувствительного элемента, снизу - допустимым уровнем сигнала шума меньше младшего разряда АЦП.
Допустим мы снимаем с ИСО 100, выдержкой 1/50, диафрагма не меняется, картинка устраивает.
С обычной точки зрения, если мы увеличим чувствительность до ИСО 200, то камера в ответ сделает выдержку 1/100, чтобы картинку не пересветлить.
По Вашим словам выходит всё в точности наоборот. При вычисленной для исо 200 выдержке 1/100 сигнал с матрицы станет слабее в 2 раза, картинка станет тёмной, не будет использоваться старший значащий бит АЦП, оцифровка реально станет 11-битной. Для компенсации камера усилит сигнал на стоп, чтобы он попадал опять в 12 разрядов АЦП, одновременно усилится шум, станет влиять на младший разряд оцифровки. При увеличении ИСО до 400, 800 и т.д. шумы будут "портить" 2, 3 и т.д. разряды полученной оцифровки.
Т.е. шумы будут расти на стоп, два, три, или по другому - реальный ДД будет уменьшаться на 1, 2, 3 стопа, при увеличении ИСО.

Я правильно Вас понял?
Тогда следуют минимум два вывода.
1. Из двух похожих камер, шумы на одинаковых ИСО будут на стоп меньше у камеры с рядом ИСО от 200 до ... , чем у камеры с ИСО от 100 до ... .
2. Снимать всегда нужно на минимальном доступном по условиям съёмки ИСО. В том числе и ночью. Или даже особенно ночью, из-за большого ДД картинки. Отсюда-же следует - ночью без штатива делать нефиг.

P.S. Какая-то неправильная технология. Я-бы сделал по другому. Добавил к каждой пиксельной ячейке по одному транзистору, на роль управляемого шунтирующего сопротивления. Тогда на ИСО 6400, допустим, изготовим матрицу с пикселями с ДД 12 стоп, шумы меньше младшего значащего разряда. Чтобы на меньших ИСО (при пропорциональном увеличении выдержки) пиксель не ушел в насыщение, "сливать" с пикселя часть электронов, через управляемый шунт. Т.е. реально снижать чуйку пикселя. При этом на любом ИСО шумы будут ниже разрешения АЦП. Красотень.

 

Вы не те книжки читаете. Ценность рефераторов в количестве букв, а не смысла.

 

Чё-та никому не интересно как меняется ИСО у цифровиков.
Размыслив, вспомнив факты, думаю, что прав TerroMin.

Перейдём ко второму вопросу.
Всё чему учили в школе и институте, убеждает меня, что:

1 - шум не зависит от площади пикселя
2 - чувствительность не зависит от площади пикселя

В то-же время постоянно читаю в нете, что всё наоборот. Кто-нибудь внесёт ясность?

 

Имею в виду хаотично возникающие на фотографии маленькие точки и пятна, разного цвета и яркости, которых нет в реальности на снимаемом объекте, и возникшие от неидеальности матрицы.

То, что шумы на одинаковых ИСО зависят от кроп-фактора, (меньше матрица - больше шумы) я знаю.

Но недавно, при выборе мыльницы до 8 т.р., коллега на фоторе убеждал меня, что надо брать с меньшими мегапикселями - мол меньше шумят, т.к. пиксель крупнее.
Размер матрицы у всех подходящих мыльниц одинаковый - 1/2.3", только у Фуджика с матрицей ЕХР размер 1/2".
Насколько знаю, шумность на фотке 10х15 у всех этих камер одинакова независимо от пикселей, 10, 12, 14, 16 Мп - всё едино, и по тестовым фоткам, и исходя из теоретических соображений.

Коллега svetoteni не одинок, встречал ещё неоднократно это утвержденние - "Меньше пикселей - меньше шумов, при прочих равных."
Чё-та не верю.

 

По Вашей ссылке, в разделе
Digital Cameras: Does Pixel Size Matter?
Factors in Choosing a Digital Camera
(Does Sensor Size Matter?)
В подразделе Counting Photons
http://www.clarkvision.com/articles/does.pixel.size.matter/index.html#Counting_Photons
Рассматривается отношение cигнал/шум в зависимости от размера пикселя.

Кларк пишет, что точность измерения количества попавших на пиксель фотонов, зависит от их количества. И неточность измерения - это как-раз и есть шумы. И дает формулу - точность измерения (или количество шумовых фотонов) - это корень квадратный из общего количества фотонов. Больше пиксель - больше фотонов, больше сигнал/шум.

Своими словами - не все фотоны реагируют с атомами чувствительного элемента, часть проскакивает и гасится в подложке. Эта часть меняется случайным образом от 0 до квадратного корня из общего количества. Что и создаёт случайный шум. Увеличивая площадь пикселя, увеличиваем количество фотонов и увеличиваем отношение сигнал/шум.
Откуда взялась квадратичная зависимость и соответственно разный сигнал/шум? У Кларка прямо не сказано, догадайся, мол, сама.

С моей точки зрения - непродуманная бредятина в попытке объяснить известные факты. (Шумность более мелких матриц.)
Контраргумент: имеем два одинаковых пикселя, на каждый упало по сто фотонов, на каждом десять прошли насквозь погасли в подложке. Объединим пиксели в один в два раза большей площади, на него упадёт 200 фотонов, пролетят до подложки 20. В обоих случаях отношение сигнал/шум будет 10/1. Если привлечь теорию вероятности, результат будет тот-же, но вы устанете читать.
Другой аргумент - в сером фильтре тоже часть фотонов реагирует с атомами фильтра, часть пролетает насквозь, т.е. можно непосредственно наблюдать "шумовые фотоны" из теории Кларка. Даже через столь плотный фильтр, как в маске сварщика, никогда не наблюдал шумы. А варить приходилось много.

Потом допишу проверить надо кое-что.

Проверил. На моей камере а500, в режиме ЛивВью, объектив плотно закрыл крышкой и замотал тряпкой, поставил ИСО 12800, приоритет выдержки (S). На экранчике монитора чётко видны хаотичные шумы. Выдержка 1/4000 - их почти нет, на 30 секундах - каша на экране. Т.е. свет на матрицу вообще не попадает, и на самом деле шумы возникают не из вымученной теории Кларка, а из-за "тепловых" электронов.

P.S. Всё забываю сказать, ИМХО увеличение шумов на мелких матрицах связано не с уменьшением пикселя, а с пропорциональным уменьшению матрицы, уменьшением линейных размеров объектива, диафрагмы и т.п. (что-бы получить ту-же картинку). При этом некоторые параметры не меняются, некоторые меняются в Kf раз, а некоторые в квадрате - Kf*Kf. То-есть подобие не сохраняется. Отчего при одинаковой экспо-тройке, маленькие матрицы шумнее. Долго рассказывать. Но если интересно, могу подробнее, нужно только посидеть-подумать, поточнее сформулировать.
Отсюда-же, скорее всего, квадрат в выдуманной Кларком формуле.

 

Если рассматривать не абсолютное значение шума, а отношение сигнал/шум, (второе, что ограничивает ДД,) то площадь ПИКСЕЛЯ не имеет значения. Если разделить пополам пиксель, то в каждой половине окажется в два раза меньше "фотонных" электронов, и в два раза меньше "шумовых" электронов, но пропорция останется та-же.
(Если копнуть глубже, то и абсолютное значение значимого и шумового сигнала на используемых сейчас технологиях окажется одинаковым на разных размерах пикселей)
Но ...
Почитав опрос "Какое количество пикселей вы бы хотели видеть в новом ФФ?"
http://www.forum.minolta-club.ru/showthread.php?t=57192
Увидел, что все ФФ-фотографы уверены - больше пикселей (меньше их размер) - значит больше шумы.
Как истинный конформист, задумался - где и в чём я ошибаюсь.

Пришёл к следующему:
На одинаковой матрице, при изменении количества пикселей, соответственно - изменении их площади, не меняется уровень шума, меняется внешний вид и заметность шума.
Пример:
Как положено в мысленных экспериментах, возьмём крайние допустимые параметры.
Допустим на матрице (размер не важен) есть всего один пиксель, и допустим мы снимаем ровный серый фон. Получим на отпечатке ровный серый фон, но из-за шумов матрицы, от снимка к снимку он будет немного меняться по яркости и цвету. Глядя на один снимок, когда не с чем сравнить, мы будем уверены, что всё зашибись. Сравнивая разные снимки - увидим шумовую разницу.
Продолжим наш эксперимент - разделим матрицу на 4 части, крестом. Снимем опять серый фон - сразу увидим разницу между пикселями на снимке (есть с чем сравнить). Но серый фон никому не интересен, лучше снимем пейзаж - в левом верхнем углу - солнце, вверху справа - небо, внизу справа - поле, внизу слева - лес. Наши четыре пикселя изобразят эти объекты с шумовой ошибкой, но объекты разные, сравнить не с чем, будем думать - всё прекрасно, шумов нет.
При дальнейшем увеличении числа пикселей, уменьшении их площади, принципиально ничего не измениться. Но фактически - после некоторого порога, соседние пиксели начнут попадать в область одинакового цвета и яркости, и разные шумы соседок начнут вылазить, резать глаз. Но когда пикселей становится очень много на той-же площади, глаз начинает усреднять шумы разных пикселей. Как-бы мысленный аналог ресайза.