एक बड़े सेंसर के पास बेहतर गतिशील रेंज क्यों है?

Question

मैं पहले से ही सभी सिद्धांत को समझता हूं कि कैसे एक बड़ा सेंसर क्षेत्र की गहराई, और कम शोर के बेहतर नियंत्रण की ओर जाता है। लेकिन मुझे अभी तक ऐसी जगह नहीं मिली है जो यह बता सके कि एक बड़ा सेंसर आपको एक बड़ी डायनामिक रेंज क्यों देता है?

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क्या यह आपके प्रश्न का उत्तर देता है: सेंसर आकार और छवि गुणवत्ता (शोर, गतिशील रेंज) के बीच क्या संबंध है? ? यह भी देखें कि एसएलआर, डीएसएलआर और पॉइंट एंड शूट के बीच गतिशील रेंज की तुलना क्या है? और यह भी फोटो ।stackexchange.com

— questions/

AFAIK, DxOMark पर शीर्ष 10 डायनामिक रेंज कैमरों में से 5 एपीएस-सी सेंसर कैमरे हैं और ये सभी 35 मिमी फॉर्म फैक्टर हैं और कोई भी माध्यम प्रारूप नहीं है। इसलिए, प्रश्न का प्रारंभिक आधार वास्तव में सही नहीं है।

— जॉन कैवन

@ जॉनचैन अच्छी रोशनी में गतिशील रेंज के लिए सच है । ISO100 में APS-C पेंटाक्स K5 पूर्ण फ्रेम कैनन को दो स्टॉप के द्वारा धड़कता है , हालाँकि ISO800 में और पूर्ण फ्रेम के ऊपर कैनन आगे है, और वास्तव में कम रोशनी में अंतराल एक स्टॉप से ​​अधिक है, जो कि आपसे क्या उम्मीद करता है। सेंसर क्षेत्र के लाभ से।

— मैट ग्रम

@ जॉनकोन एपीएस-सी और 35 मिमी विभिन्न आकार हैं। एक सेंसर दोनों नहीं हो सकता।

— लीडी ब्रूचोन

Answer 1

सेंसर का आकार मायने नहीं रखता है, यह पिक्सेल का आकार है। कहा जाता है कि, पूर्ण फ्रेम कैमरों की तरह बड़े सेंसर में बड़े पिक्सेल होते हैं।

आप सेंसर के आकार को लेकर पिक्सेल के आकार का अनुमान लगा सकते हैं और इसे पिक्सेल की संख्या से विभाजित कर सकते हैं। यह गणना सटीक नहीं है क्योंकि अधिकांश सेंसर में पिक्सेल के बीच अंतराल होते हैं और ये अंतराल आकार में भिन्न होते हैं। इसलिए मैं "अनुमान" कह रहा हूं।

अब, एक बॉक्स के रूप में सेंसर में एक पिक्सेल के बारे में सोचें और गेंदों के रूप में फोटॉन। बॉक्स जितना बड़ा होगा, उसमें उतने अधिक गोले हो सकते हैं।

मान लें कि हमारे पास बॉक्स A और B. बॉक्स A में 256 गेंदें हो सकती हैं और बॉक्स B में 512 गेंदें हो सकती हैं। अब ए प्रकार के एक बॉक्स मैट्रिक्स की व्यवस्था करें और हवा में बहुत सारी गेंदें फेंकें। हम चाहते हैं कि गेंद कहां गिरे, इसके कुछ आंकड़े जुटाएं।

मध्य में एक बक्से में 256 गेंदें होती हैं और किनारों में बक्से में ~ 20 गेंदें होती हैं। हम नहीं जान सकते कि बीच में केवल 256 गेंदें गिरीं या अधिक। हमारा माप अधिकतम 256 गेंदों तक सीमित है।

अब इस प्रयोग को दोहराते हैं लेकिन अब टाइप B के बक्से के साथ। अब हम देख सकते हैं कि बीच में बॉक्स में 347 गेंदें हैं और किनारों पर बक्से में ~ 20 गेंदें हैं।

हमारा उपाय कहीं अधिक सटीक है। ठीक वैसा ही होता है जैसे फोटोन सेंसर को मारते हैं। बड़ी सतह में अधिक फोटॉन हो सकते हैं और एक बड़ी गतिशील सीमा को माप सकते हैं। हमारे उदाहरण में डायनामिक रेंज बड़े बॉक्स में दोगुनी है।

यदि पिक्सेल फोटॉनों से भरा है तो रंग में अनुवाद पूरी तरह से संतृप्त रंग होगा लेकिन एक बड़ी पिक्सेल सतह के साथ हमें एक बेहतर परिणाम मिलेगा, इस प्रकार, बेहतर गतिशील रेंज।

यहाँ एक चित्र है जो मेरी व्याख्या प्रदर्शित कर सकता है:

गहरी व्याख्या के लिए आप इस लेख को देखना चाहते हैं:

गतिशील सीमा

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अच्छा, मैं अब वोट डालूंगा।

— जॉन कैवन

यह उत्तर एक अच्छी शुरुआत है, हालांकि यह एक महत्वपूर्ण कारक याद कर रहा है: इलेक्ट्रॉनिक शोर। हां, यह सही है कि आपने बड़े पिक्सल के साथ डायनामिक रेंज (और कम फोटॉन शॉट शोर) में सुधार किया है। हालांकि, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि बड़े पिक्सल के साथ किए गए लाभ सेंसर सर्किट में इलेक्ट्रॉनिक शोर के साथ-साथ रीडआउट और रूपांतरण सर्किटरी के कारण LOST हो सकते हैं। सैद्धांतिक रूप से, कैनन 1 डी एक्स में निकॉन डी 800 की तुलना में अधिक गतिशील रेंज होनी चाहिए, फिर भी डी 800 में पूर्ण दो स्टॉप अधिक डीआर हैं। क्यों? D800 में 1D X (~ 36e-) की तुलना में FAR कम इलेक्ट्रॉनिक शोर (~ 3e-) है।

— jrista

सिद्धांत की अच्छी व्याख्या लेकिन पूरी तरह से अभ्यास की अनदेखी!

— मैट ग्रम

आपके द्वारा जोड़ा गया लेख वास्तव में बहुत बढ़िया है! तारीफ

— छला

Answer 2

आदर्श सेंसर को ध्यान में रखते हुए जहां फोटोन का शोर एकमात्र चिंता है फिर सेंसर जितना बड़ा होगा उतनी अधिक गतिशील रेंज। डायनामिक रेंज उस बिंदु के बीच का अंतर है जिस पर सेंसर संतृप्त हो जाता है और जिस बिंदु पर छाया में शोर करने के लिए कोई भी विवरण खो जाता है।

एक बड़े सेंसर में या तो बड़े पिक्सेल होंगे, या अधिक पिक्सेल होंगे। बड़े पिक्सेल का मतलब चार्ज करने की अधिक क्षमता (बाकी सब बराबर होना) है और प्रति पिक्सेल अधिक प्रकाश कैप्चर किया जा रहा है इसलिए छाया में कम रोशनी, इसलिए अधिक गतिशील रेंज। अधिक पिक्सेल का अर्थ है प्रति पिक्सेल समान शोर लेकिन छाया के शोर को कम करने के लिए औसत से अधिक पिक्सेल, और इसलिए गतिशील रेंज में वृद्धि।

वास्तव में, शोर के अन्य स्रोत हैं, अर्थात् शोर पढ़ा जाता है, जहां फोटो द्वारा उत्पादित एनालॉग सिग्नल डिजीटल होने से पहले शोर उठाता है। यह डायनेमिक रेंज पर प्रभाव डाल सकता है जो सेंसर के आकार में अंतर से कहीं अधिक मजबूत है। छवि के अंधेरे क्षेत्रों से कम तीव्रता के संकेत शोर को पढ़ने के लिए विशेष रूप से संवेदनशील हैं इसलिए डीआर पर बड़ा प्रभाव पड़ता है।

नई तकनीक (सेंसर से एडीसी के लिए मार्ग को छोटा करना, सिग्नल को दो बार भेजना और परिणामों की तुलना करना) वास्तव में रीड शोर को समाप्त कर सकता है यह एपीएस-सी सेंसर जैसे सोनी एक्समोर कैनन के 2.5 गुना बड़े पूर्ण फ्रेम सेंसर की गतिशील सीमा को पार करने में सक्षम बनाता है। लगभग परिमाण का एक क्रम!

खराब रोशनी में अच्छी रोशनी और गतिशील रेंज में गतिशील रेंज के बीच अंतर करना भी आवश्यक है। पूर्व मुख्य रूप से रीड शोर द्वारा निर्धारित किया जाता है, इसलिए एक छोटा सेंसर एक्सेल कर सकता है बशर्ते इसमें कम रीड शोर और एक अच्छी तरह से पर्याप्त गहराई हो। बाद वाले फोटॉन शोर का प्रभुत्व है (कम रोशनी में आईएसओ बढ़ाना फोटॉन शोर को बढ़ाता है लेकिन शोर को नहीं पढ़ता है) इसलिए बड़े सेंसर यहां बेहतर प्रदर्शन करते हैं। फिर से हर सेंसर प्रवृत्ति का पालन नहीं करता है।

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Sony Exmor का लाभ यह है कि यह डिजिटल रीडआउट है। संकेत केवल तब तक एनालॉग होता है जब तक पिक्सल में चार्ज रहता है। पढ़ने पर, ऑन-डाई कॉलम-समानांतर ADC तुरंत प्रत्येक पिक्सेल के एनालॉग चार्ज को एक डिजिटल इकाई में परिवर्तित करता है। एडीसी सर्किटरी में उच्च आवृत्ति शोर परिचय को खत्म करने के लिए उच्च आवृत्ति घटकों (घड़ी, पीएल, आदि) को कहीं और रखा जाता है। छवि सिग्नल को दो बार नहीं पढ़ा जाता है ... एक "रीसेट रीड" तब किया जाता है जब सेंसर को "नकारात्मक परिणाम" के रूप में डिजिटल सीडीएस को जमा करने के लिए रीसेट किया जाता है, जिसे फिर एक्सपोज़र पर "इमेज रीड" पर लागू किया जाता है।

— jrista

प्रति-पिक्सेल सीडीएस को समाप्त कर दिया गया था। मुझे नहीं लगता कि प्रत्येक पिक्सेल में एक एम्पलीफायर होता है, जैसा कि लगभग नीरव आउटपुट के साथ होता है, सभी आईएसओ सेटिंग्स डिजिटल प्रवर्धन के साथ प्राप्त की जा सकती हैं। एनालॉग पिक्सेल चार्ज को तुरंत एक डिजिटल इकाई में बदल दिया जाता है, और उस बिंदु से त्रुटि-सही जानकारी के हस्तांतरण पर डिजिटल जानकारी को शेष छवि प्रसंस्करण पाइपलाइन में उपयोग किया जाता है। यह एनालॉग सिग्नल के संदूषण के अवसर को किसी भी प्रकार के हस्तक्षेप से समाप्त करता है जितनी जल्दी हो सके।

— jrista

क्या मैं यह कहने में सही हूं कि, एक ही पढ़े हुए शोर (तकनीक आदि) को देखते हुए बड़े पिक्सल वाले बड़े सेंसर में कम फोटोन का शोर होगा और इस तरह सबसे कम चार्ज और संतृप्ति बिंदु के बीच अक्षांश में वृद्धि के कारण बेहतर गतिशील रेंज?

— इरॉट्सप्पा

@erotsppa प्रत्येक अंतिम पिक्सेल की गणना करने के लिए उपयोग किया जाने वाला सतह क्षेत्र सभी मायने रखता है। यदि आपके पास 4 छोटे फोटोशूट हैं और एक ही आकार के 1 बड़े फोटोशूट हैं, तो 4 का औसत बड़े सिंगल फोटोसाइट के लगभग समान होगा। एक ही सतह क्षेत्र में अधिक फोटो होने से सिर्फ नमूना आवृत्ति बढ़ जाती है; प्रत्येक में अपने आप से बदतर विशेषताएं होंगी, लेकिन अगर तस्वीर को उसी पिक्सेल घनत्व तक घटाया जाता है जैसे कि वे सभी सिर्फ एक बड़ी फोटो थी तो यह अलग नहीं दिखेगी। यही कारण है कि सेल फोन के कैमरे फोन स्क्रीन पर खराब दिखते हैं और कंप्यूटर स्क्रीन पर खराब होते हैं।

— लीडी ब्रूचोन

Answer 3

कोई कारण नहीं है कि एक बड़ा सेंसर प्रति पिक्सेल अधिक सतह क्षेत्र के अलावा एक बड़ी गतिशील रेंज या कम शोर दे सकता है, हालांकि पूर्ण फ्रेम कैमरे उच्च अंत इकाइयां होते हैं और इसलिए बेहतर सेंसर होते हैं।

ध्यान दें कि कोई कारण नहीं है कि कम रिज़ॉल्यूशन, छोटे सेंसर में बेहतर शोर और गतिशील रेंज का प्रदर्शन नहीं हो सकता है अगर एक पूर्ण फ्रेम सेंसर के समान गुणवत्ता पर बनाया गया है। सेंसर की सतह पर प्रति इंच पिक्सेल की संख्या और सेंसर की गुणवत्ता बिट्स हैं जो मायने रखती हैं।

Answer 4

बक्से के साथ उदाहरण बहुत अधिक सच है और बताते हैं कि बड़े सेंसर में बड़ी गतिशील रेंज क्यों होती है। पिक्सेल जितना छोटा हो, उतना कम फोटोइलेक्ट्रॉन वह स्टोर कर सकता है (स्टोर किए जा सकने वाले फोटोलेक्ट्रोन्स की अधिकतम संख्या को पूर्ण अच्छी क्षमता कहा जाता है)। सेंसर को सिकोड़ते हुए हम इस स्थिति तक पहुंच सकते हैं कि केवल कुछ इलेक्ट्रॉनों को संग्रहीत किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप ब्लैक एंड व्हाइट हो सकता है छवि (ग्रे के कोई रंग नहीं!) (:)।

इसलिए इसमें कोई संदेह नहीं है कि बड़े सेंसर में उच्च गतिशील रेंज होती है यदि बाकी सब समान हो।

सवाल यह है कि क्या आप रिज़ॉल्यूशन कम करके डायनामिक रेंज बढ़ा सकते हैं? मुझे पता है कि एक वैज्ञानिक सीसीडी कैमरों के साथ कर सकता है (मैंने व्यक्तिगत रूप से किया था)। लेकिन क्या आप उपभोक्ता कैमरों और सीएमओएस के साथ भी ऐसा कर सकते हैं? मुझे लगता है कि यदि आप 2x2 पिक्सेल को एक में बाँध सकते हैं (प्रभावी रूप से रिज़ॉल्यूशन को 4 बार कम कर सकते हैं)।

Answer 5

मेरे शोध के अनुसार, पिक्सेल का आकार भी मायने नहीं रखता है, प्रकाश व्यवस्था की स्थिति के लिए बॉक्स सिद्धांत लागू होता है क्योंकि बड़े पिक्सेल अधिक प्रकाश एकत्र करते हैं, यह निश्चित रूप से कम रोशनी (सामान्य ज्ञान) में बढ़त होगी, लेकिन सेंसर तकनीक गतिशील रेंज में महत्वपूर्ण कारक है , जैसा कि डायनेमिक रेंज हाइलाइट्स और छाया में रीटेल बनाए रखने के लिए सेंसर की क्षमता है। उदाहरण के लिए एक नए सेंसर की डायनामिक रेंज छोटे या बड़े प्रशंसक पुराने फुल फ्रेम सेंसर की डायनामिक रेंज से बेहतर होती है