Isoloser Sensor, möglicherweise ...

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RAWky

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Warum (ich falle mal direkt mit der Tür ins Haus) rauscht ein Bild bei ISO 64 mehr als bei ISO 2000?

Wenn ich ein Bild mit ISO 2000 im M-Modus (Z8 z.B.) aufnehme und dann auf ISO64 wechsle, ohne die Zeit/Blende zu ändern, sollte das Bild ja im Postprozess mit einer Belichtungskorrektur von +5EV identisch sein. Ist es aber nicht, das ISO64-Bild es ist sehr verrauscht. Woher kommt das?

Anm.: Nur +5EV in NXStudio, sonst nix.

Auch Bilder mit ISO 250 belichtet und testweise mit gleicher Blende/Zeit bei ISO 64 und +2EV in NXS bringen Unterschiede...
 
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RAW oder JPG? Falls letzteres, könnte es sein, das in der Kamera bereits ISO-abhängige Rauschunterdrückungsalgorithmen zum Einsatz kommen. Bei der Basis-ISO ist dies vermutlich nicht der Fall.
Der Sensor von Z8/Z) ist erst ab ISO 500 "isolos", da es zwei Verstärkungsstufen gibt (64-400 & 500-102.400, dual gain).
 
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RAW natürlich.
In beiden Zonen bis ISO 500 und ab ISO 500 ist das Phänomen gleich. Ein um x EV unterbelichtetes RAW im Postprozess um x EV aufgehellt rauscht mehr als ein nicht aufgehelltes RAW (0 <= x <= 5). Bei 5EV ist es (natürlich) am stärksten.
 
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Gab’s da nicht noch einen Verstärker, der bei hohen ISO das analoge Sensorsignal vor dem A/D Wandler verstärkt?

Man sieht doch in den Dynamik-vs-ISO Kurven immer so einen Sprung irgendwo bei ISO 800 oder so?
 
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RAWky
RAWky kommentierte
Das ist die Dual-Gain Umschaltung. Keine Verstärkung, eine Reduzierung der FullWellCapacity der Pixel.
 
volkerm
volkerm kommentierte
Darüber hinaus wird NX Studio bestimmt bei hohen ISO die Parameter zur Rauschreduzierung anders vorwählen, kontrollier die vielleicht mal.
 
RAWky
RAWky kommentierte
Ist alles ausgeschaltet, Rauschreduzierung etc.
 
soulbrother
soulbrother kommentierte
" eine Reduzierung der FullWellCapacity der Pixel."
Wie geht das technisch/physikalisch?
 
T
Tom.S kommentierte


Man kann die Rauschreduzierung bei hohen ISO nicht vollständig abschalten. Die läuft ab einer bestimmten ISO (modelabhängig) im Hintergrund automatisch mit.
 
Tja, interessantes Thema. Es war ja mal vom ISO-losen Sensor die Rede, aber so ganz habe ich das damals schon nicht geglaubt. Wenn man sich ein wenig mit der Technik auskennt, bekommt man da auch Zweifel. Das kann einfach nicht ohne Einbußen in der Bildqualität gehen. Das funktioniert schon hinsichtlich der Farbtiefe nicht richtig. Nur zum Vergleich: In der Audiotechnik gibt es kleine Recorder, die extreme Aussteuerungsreserven versprechen - und halten. Die arbeiten aber mit 32 Bit Auflösung und einer extremen Dynamik. Nur zum Vergleich: Die CD hat 16 Bit, High-End-Digitalformate mit 24 Bit. D.h. die 8 Bit mehr dienen einfach der Reserve. Und auch hier wird schon eine grobe Aussteuerung erfolgen. Das Prinzip ist ja auf Bildsensoren überhaupt nicht zu übertragen. Zumindest nicht auf absehbare Zeit.
 
1 Kommentar
soulbrother
soulbrother kommentierte
Die 32bit haben aber 2 Signalwandler drin, einen für low, einen weiteren für höhere Signale.
 
Unabhängig von der ISO-Einstellung ist die Menge an Licht, die auf den Sensor fällt nur abhängig von Zeit und Blende. Die Anzahl der Photonen, die auf ein Pixel treffen ist also nicht durch die ISO-Einstellung bestimmt. Die Dual-Gain Umschaltung verkleinert den Speicher nur (anschaulich), er füllt sich also schneller bei weniger Photonen.
Bei konstanter Zeit/Blende/Gain-Stufe sollte die RAW-Datei unabhängig von ISO-Wert immer gleiche Werte aufweisen und damit sollte sich auch das Rauschen nicht ändern.
Es sei denn, Nikon entrauscht (und pusht) schon beim Auslesen des Sensors für das RAW.
 
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Nach meinen Infos sind nicht alle Sensoren in Digitalkameras automatisch "ISOlos" - Auch wenn es inzwischen eigentlich wohl 99% der moderneren Sensoren (technisch) sein sollten. Allerdings ist dies keine technische Eigenschaft des Sensors auf welche man aktiv zugreifen kann - und ob ein Hersteller die Eigenschaften des Sensors eben nicht doch anders beeinflusst/die Daten anders verarbeitet kann man nur anhand von Testreihen herausfinden.

Da die Stellschrauben inzwischen gegen "verwirrend unendlich" gehen ist es schwierig den Faktor für einen Fehlerfreien Test als Außenstehender zu bewerten - es kann einfach zu viel an der Kamera verstellt sein - oder eben beim Import in RAW-Editoren. Oder im Ergebnis stellt sich eben dar, dass sich Sensor X in Kamera Y eben nicht ISOlos verhält (auch wenn er es von seinem Aufbau her wäre).

Bei meiner Art zu fotografieren kann ich dafür nur eine Relevanz feststellen, wenn ich extreme Unterbelichtungen habe, weil ich eine Mindestverschlusszeit unbedingt brauche. Da die Ergebnisse ohnehin - bei richtiger Implementierung - theoretisch ident sein sollten finde ich auch die darum kreisende Diskussion nicht fruchtbar.

Es wirkt auf mich wie eine Diskussion ob eine verlustfreie Datenkomprimierung Vorteile gegen eine Unkomprimierte Dateispeicherung hat. Wenn die Ergebnisse identisch sind ist das irrelevant - wenn es im Bereich 1.000.00.000tel Sekunden (oder noch kürzer) vielleicht einen Geschwindigkeitsvorteil bei der Datenspeicherung bringt mag es für jemanden Relevanz haben.

Um bei Audio zu bleiben - eine Datei von CD kopiert wird nicht besser wenn ich sie in eine FLAC verwandle, ein 128 kbit mp3 wird auch auf CD-Auflösung umgerechnet immer noch die gleichen Defizite zeigen.
Anders wenn diverse Wandlungen über Filter, DSP-Bänke oder DA/AD Konverter erfolgen - dann kann nur der Hersteller genau sagen, was an welcher Stelle vielleicht geändert wird, aber "besser" als das Ausgangsmaterial ist es wenn dann nur subjektiv empfunden. Man bräuchte also eigentlich für jeden Sensor eine Dokumentation ob und wann Daten 1:1 durchgereicht werden oder nicht.

MOS2000
 
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Unabhängig von der ISO-Einstellung ist die Menge an Licht, die auf den Sensor fällt nur abhängig von Zeit und Blende. Die Anzahl der Photonen, die auf ein Pixel treffen ist also nicht durch die ISO-Einstellung bestimmt. Die Dual-Gain Umschaltung verkleinert den Speicher nur (anschaulich), er füllt sich also schneller bei weniger Photonen.
Bei konstanter Zeit/Blende/Gain-Stufe sollte die RAW-Datei unabhängig von ISO-Wert immer gleiche Werte aufweisen und damit sollte sich auch das Rauschen nicht ändern.
Es sei denn, Nikon entrauscht (und pusht) schon beim Auslesen des Sensors für das RAW.
Eigentlich wäre das sogar mein Verständnis vom RAW-Format.

Die Kamera nimmt den Messwert auf ("387529 Photonen") und speichert das so.

Weil wenn die ISO-Verstärkung bereits angewendet wird (im RAW, bei den eingebetteten JPGs natürlich schon) dann ist es doch eigentlich schon gar kein RAW mehr?
 
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Wuxi
Wuxi kommentierte
Gut es könnte sein dass wenn hohe ISO eingestellt sind glättet die Kamera mit einem Algorithmus benachbarte Photosites damit diese für die große zu erwartende Verstärkung gewappnet sind.
 
RAWky
RAWky kommentierte
Nicht nur bei hohen ISO ist das so. Bei jedem ISO-Wert hoher als der Basis-ISO (64 oder ~500) scheint eine Entrauschung des RAWs statt zu finden.
Dann wundert es auch nicht mehr, warum die Zee-NIKONs so wenig rauschen bei hohen ISO-Werten.
Wenn jemand noch eine Fuji hat, kann er ja mal probieren: da sind die RAFs immer identisch bei gleicher Blende/Zeit und unterschiedlich eingestellten ISO-Werten
Das ist zwar nicht unbedingt ein Qualitätskriterium, aber jedes Entrauschen geht immer mit Detailverlust einher - und ob man das möchte, wenn man RAW knipst, sei mal dahin gestellt...
 
Die Kamera nimmt den Messwert auf ("387529 Photonen") und speichert das so.
Klugscheisser ein: So viele sind das nicht. Es sind tatsächlich nur ungefähr so viele, wie der A/D-Wandler "ausrechnet". Wenn also in einer Zelle der Wert 12.345 steht, dann sind es auch ca. 12.345 Photonen die gefangen wurden. 387.529 würde auf 19Bit RAW hindeuten!!!
 
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Wuxi
Wuxi kommentierte
Ich habe nicht nachgeschlagen wie viele es wirklich sind. Kommt ja auch auf den Sensorpitch an.
 
So, jetzt habe ich mir die NEFs mal im RawDigger angeschaut, und da sind sie tatsächlich identisch: ISO 500 und ISO 16.000 bei gleicher Blende/Zeit. Also soweit alles technisch gut. Bei ISO 64 und 400 auch.
Bleibt nur die Frage, wer, trotz abgeschaltetem Entrauschen, beim Einlesen in NXS und LrC bei hohen ISO-Werten entrauscht ...
 
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Bei jedem ISO-Wert hoher als der Basis-ISO (64 oder ~500) scheint eine Entrauschung des RAWs statt zu finden
Das wäre ja eine gute Sache.
Dann hätten wir also eine gute In-Kamera-Entrauschung schon ab ISO 100.

Die wäre ja aber dann auch die Basis für eine EBV-Aufhellung.
Die Entrauschung kann ja für einen Ziel-ISO von 4000 nichts anderes sein als für einen Ziel-ISO von 100. Die Photonenzahlen angrenzender Sites werden eben geglättet.
 
1 Kommentar
RAWky
RAWky kommentierte
Naja, kommt drauf an, was man will. Aber die festgestellte Entrauschung passiert glücklicherweise doch nicht in der Kamera für das RAW-File, sondern irgendwo beim Import - ohne, dass man (ich zumindest) es will / abschalten kann.
 
Das Thema der ISO-invariante Sensoren ist eigentlich schon länger durch aber zum Nachlesen immer wieder gut
 
5 Kommentare
Wuxi
Wuxi kommentierte
Ne, nicht gut. Kann man nicht einfach in 5 Zeilen erklären was Sache ist?
 
MOS2000
MOS2000 kommentierte
Ne, ISOless is quasi das Abseits der Fotografie.

Und ich schätze mal bei minimum 70 bis 80 % der herkömmlichen Fotografie gibt es eigentlich auch keinen rationalen Verwendungszweck (mehr).

Es entspringt der Sehnsucht die Daten möglichst "ohne irgendwelche Beeinflussung" zur Verfügung zu haben, um das Rezept immer beim Punkt "Zero" starten zu können. RAW as RAW can. Das "Original" aus der Kamera zu bekommen.

Ein verständlicher Wunsch, aber man kann es sich auch schwer machen. Die digitale Fotografie bietet inzwischen so viel "Headroom" bei jeder Bearbeitung dass es (für mich) fast keine Grenzen mehr gibt die (mich) wirklich behindern.

Eher finde ich es interessant wieviele Möglichkeiten es inzwischen gibt die Daten gleich passend zu "remixen" und darauf dann aufzubauen, aber natürlich darf jeder das Hobby so weit treiben wie er: sie möchte wenn man daran Spaß hat.

MOS2000
 
Wuxi
Wuxi kommentierte
So wissenschaftlich oder kategorisch geh ich das nicht nicht an.

Ich belichte weniger damit die hellen Bereiche Zeichnung behalten und hole die Details in der Dunkelheit dann wieder heraus. EOS.
 
MOS2000
MOS2000 kommentierte
Klar, und andere arbeiten lieber mit Verlaufsfiltern wenn es nur um den Himmel geht.
Und wieder andere lassen sich inzwischen einfach einen Himmel generieren wenn er ausgefressen sein sollte. Geht auch so, dass man es nicht mehr bemerkt.
Es gab halt euch schon gute Fotos bevor die Sensoren theoretisch die ISOless Technik hatten.
Wieder andere predigen ETTR, weil moderne Sensoren eben auch in hellen Bereichen oftmals noch viel mehr Reserven bieten als man eigentlich dachte...
Wenn man im Urlaub unterwegs ist kann man halt nicht immer warten bis man mal eben am RAW Entwickler fummeln kann sondern will Live ein taugliches Bild generieren.
Von den 100 die aktiv darüber nachdenken brauchen es (nach meiner Meinung) wahrscheinlich schön paritätisch verteilt ca 80 nicht und die Übrigen 20 sind so hart am Thema dran, dass sie dann hier in der informellen Gruppe abhängen und sich darüber hitzig reden. Das ist ja auch gut und richtig so, dafür isses ja da, das Forum.
:D

MOS2000
 
cjbffm
cjbffm kommentierte
Was aber bei exposure to the right (ETTR) fast nie jemand dazusagt, ist, daß man das vor allem bei kontrollierten Bedingungen im Studio oder bei bedecktem Himmel gebrauchen kann (unter der Voraussetzung, daß der Himmel nicht mit auf dem Bild ist). Oder wenn es draußen ist, in eingen anderen, aber eher seltenen Fällen.

Hingegen bei Aufnahmen mit sonnenbeschienenen Blättern plus Schatten unter Bäumen oder 'was auch immer das Motiv ist' plus bedecktem Himmel ergeben sich so hohe Kontraste, daß man sich entscheiden muß.

- Ach nein - endlich sagt es mal einer:
 
Zuletzt bearbeitet:
... Kann man nicht einfach in 5 Zeilen erklären was Sache ist?
  1. Jede Zelle eines ioslosen Sensors hat die Möglichkeit eine (1) bestimmte maximale Anzahl an Photonen zu registrieren (Dual-Gain-Sensoren haben 2).
  2. Die Anzahl der Photonen pro Zeiteinheit wird durch die Blende bestimmt.
  3. Die Menge an Photonen wird insgesamt durch die Verschlusszeit bestimmt.
  4. Die Menge der registrierten Photonen bestimmt den möglichen Dynamikumfang (Halbe max Anzahl = DR -1, viertel Anzahl = DR -2, achtel = DR -3 Blenden, ...).
  5. Die ISO-Einstellung ändert daran (an dem Inhalt des RAW-Files) nichts, nur am JPEG.
 
T
Tom.S kommentierte


Streng genommen gibt es tatsächlich keine ISOless Sensoren aber die Read-Noise aktueller Sensoren ist so minimal, dass es für die praktische Anwendung keine Rolle mehr spielt.
 
RAWky
RAWky kommentierte
Das Rauschen ist auch vor der A/D-Wandlung nicht NULL. Das Ausleserauschen spielt fast keine Rolle mehr, das Photonenrauschen ist immer da und macht so ca. Wurzel(Anzahl_photonen) aus. Und weil n*Wurzel(x) größer ist als Wurzel(n*x) rauscht ein um n Blenden "hochgezogenes" Bild stärker als ein n-fach länger belichtetes.
 
W
W.W. kommentierte
Das ist richtig, aber das Rauschen wird, so wie ich den Artikel verstanden habe, immer verstärkt. Egal, ob ich die Iso in der Kamera hochdrehe oder nachträglich in der Bildbearbeitung. Das Rauschen nach AD-Wandlung wird aber nur bei der nachträglichen Aufhellung verstärkt.
 
volkerm
volkerm kommentierte
Kann mir jemand erklären woher ein Rauschbeitrag nach der A/D Wandlung kommen könnte? Ist das eine sprachliche Unsauberkeit und es ist das Wandlerrauschen gemeint?
 
RAWky
RAWky kommentierte
Nach dem A/D-Wandeln des Spannungswertes einer Zelle in einen digitalen Wert wird kein Rauschen mehr hinzugefügt, dann sind alle 4 Rauscharten aufsummiert:

Das Dunkelrauschen: Es entsteht dadurch, dass die Zellen des Sensors ohne Lichteinfluss ihren elektrischen Zustand ändern. Je höher die Temperatur des Sensors, desto höher dieses Rauschen. Eine kühle Kamera rauscht weniger als eine heisse.

Dazu kommt das Photonenrauschen: Es ist eine physikalische Eigenschaft des Lichts, die man nicht ändern oder vermeiden kann.

Dazu kommt das Ausleserauschen: Es entsteht während des Auslesens einer Zelle, dessen Spannungswert sich auf dem Weg von der Zelle in den A/D-Wandler minimal variiert.

Dazu kommt das Quantisierungsrauschen: Es entsteht dadurch, dass ein A/D-Wandler einen bestimmten analogen Wert nicht immer in gleicher Weise in einen bestimmten digitalen Wert übersetzt (A/D-Wandler-Toleranz).
 
Die Menge an Photonen wird insgesamt durch die Verschlusszeit bestimmt.
Da kommt doch dann auch schon ein Rauschen zustande, oder? Du schriebst oben, der Rauschanteil sei ca. proportional zur Wurzel der Gesamtphotonenanzahl (2 (Potential)Töpfe nebeneinander, die Photonen sammeln, können also statistisch gesehen um diesen Wurzelbetrag unterschiedliche Füllgrade haben und über den Sensor verteilt gibt es dann schon ein statistisches Rauschen, bevor Ausleseprozesse und Verstärker zuschlagen. Habe ich das korrekt verstanden?
Dann würde das Sammeln von Photonen über längere Zeit zumindest dieses Rauschen schon mal verringern. Beispiel: wenn ich 100 Photonen sammle, habe ich ein 10-Photonen Rauschen, also 10%. Wenn ich 10000 Photonen sammle, habe ich ein 100-Photonen Rauschen, also 1%.

Ist _das_ das Photonenrauschen, von dem du gerade sprachst?
 
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Ja, das ist das Photonenrauschen, es ist der größte Anteil und immer und überall vorhanden. Ausser, die Kamera wird heiss (filmen z.B.), dann kann das Dunkelrauschen auch relevant werden.
 
Kommentar
Kann mir jemand erklären woher ein Rauschbeitrag nach der A/D Wandlung kommen könnte? Ist das eine sprachliche Unsauberkeit und es ist das Wandlerrauschen gemeint?
Nirgendwoher, meiner Meinung nach. D steht für digital und an der Ganzzahl der gemessenen Photonen sollte sich dann nichts mehr ändern. Gerauscht wird vorher aus den diversen Gründen.

In den gemessenen Ganzzahlen ist das Rauschen quasi dokumentiert und zeigt sich um so mehr, je stärker aufgehellt wird (quasi eine Multiplikation der Ganzzahlen mit einem Faktor x).
Dabei sollte egal sein ob die Aufhellung durch einen ISO-Wert oder durch einen Regler im RAW-Konverter geschieht. @RAWky hat ja nachgesehen und festgestellt dass die RAW-Werte („Ganzzahlen“) ISO-invariant sind.

Wann und wo jetzt Kamera und oder RAW-Import oder RAW-Konverter noch an den Ganzzahlen herumpfuschen (Glätten von Einzelabweichungen in Dunkelbereichen) das war ja die Eingangsfrage (wenn ich diese richtig verstanden habe) und die ist noch nicht so richtig geklärt finde ich.
 
2 Kommentare
RAWky
RAWky kommentierte
Die RAW-Inhalte ändern sich tatsächlich durch Änderung der ISO-Einstellung nicht (die Dual-Gain-Umschaltung mal aussen vor gelassen), wenn sich nichts an Blende und Zeit ändert.

Vielleicht lag der Unterschied zwischen ISO2000 und ISO64 (meine Eingangsthematik) ja an der Umschaltung bei ISO400 nach ISO500?

Ich habe mal 2 Reihen (ISO400 bis ISO64 mit 1/125 f4 und ISO12800 bis ISO500 mit 1/4000 f4) aufgenommen und den Inhalt der RAW-Files mit RawDigger anzeigen lassen. Da sieht man, bei gleicher Blende / Zeit gleiches RAW-File, egal welche ISO-Einstellung an der Kamera:


BaseISO.jpg ISO2.jpg
 
volkerm
volkerm kommentierte
@Wuxi Ja, das ist korrekt. Zwischendrin gab‘s aber einige Beiträge die zumindest missverständlich waren, deshalb die Anmerkung.
 
Zuletzt bearbeitet:
Abschliessend, nach Versuchen mit RawDigger steht fest: NIKON (Z8) speichert in den RAW-Files das, was vom Sensor aufgezeichnet wurde.

Es findet keine Verstärkung der Signale aufgrund der vom jeweiligen Basiswert abweichenden ISO-Einstellung statt, dieses wird nur als Information im RAW vermerkt und der Import-Software überlassen, diesen Push vorzunehmen.

Alles Entrauschen und andere Dinge, sogar die Objektivkorrekturen (Kissen / Tonne etc.), finden erst im externen Postprozess, bzw. im kamerainternen Prozess für die Erstellung des JPEG, statt.
 
Wuxi
Wuxi kommentierte
kameraintern eine relativ starke Bearbeitung stattfände
Es ist schon möglich dass als letzter Schritt bei der A/D Wandlung noch eine Glättung benachbarter Sensormessungen erfolgt v.a. bei kleinen Photonenzahlen. Das kann niemand ausser Nikon wissen.
Aber dann hätte die In-Camera-RAW-Entwicklung und die externe RAW-Konvertierung dieselbe Ausgangsbasis, nämlich die, die @RAWky sich mit diesem Tool anzeigen lassen kann.
 
Wuxi
Wuxi kommentierte
P.S.: beim Eliminieren von Hotpixeln manipuliert Nikon ja auch das RAW nachträglich. Also das ist schon möglich und wie gesagt das kann ja niemand nachweisen.
 
cjbffm
cjbffm kommentierte
Railwaystation, railwaystation.
 
volkerm
volkerm kommentierte
War das vielleicht auch mit NX Studio, mit dem oben gezeigten Problem der versteckten Rauschreduzierung?
 
T
Tom.S kommentierte


Bei Modellen D3,D4, D800 etc. war es üblich, dass eine versteckte Rauschreduzierung im RAW erfolgt ist. Da gab es auch entsprechende Tabellen dazu im Netz. Danach ist das Thema aber wieder eingeschlafen. Das letzte mal habe ich davon so ca. vor 10 Jahren gelesen. Also noch vor NX Studio.
 
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