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Domanda di pura teoria: rumore dei sensori


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avatarjunior
inviato il 20 Aprile 2019 ore 16:19

Bergat, se hai letto Beltrame, allora forse è il caso di ripassarlo...Sorriso
Confondi il rumore termico (che dipende dalla temperatura del sensore) con il rumore di lettura (readout noise), suddiviso in rumore di upstream (sensore-amplificatore) e di downstream (amplificatore-convertitore A/D), che si genera nella lettura del segnale elettrico, appunto, e nella sua conversione A/D.
Pensa, che si dimostra che questo rumore diminuisce aumentando gli ISO!
In ogni caso trascuri il rumore quantitativamente più importante di tutti: lo shot noise.
;-)

user170878
avatar
inviato il 20 Aprile 2019 ore 16:25

"In ogni caso trascuri il rumore quantitativamente più importante di tutti: lo shot noise.
;-)"

Più importante in regime di medio o alto flusso fotonico e/o per lunghe esposizioni. In regime di basso flusso fotonico e per brevi esposizioni è il read noise ad essere la componente prevalente nel rumore complessivo Sorriso

avatarjunior
inviato il 20 Aprile 2019 ore 16:30

@jaclarmax:
A parte l'astrofotografia, praticamente in tutte le foto che facciamo, lo shot noise è sempre il termine più importate nella sommatoria (in quadratura) delle varie componenti del rumore, per determinare il rumore totale.
;-)

avatarsenior
inviato il 20 Aprile 2019 ore 16:44

Comunque non mi hai spiegato perchè aumentando gli iso, aumenta il rumore. Se amplifico il segnale di lettura, il sensore si riscalda e il rumore aumenta.

avatarjunior
inviato il 20 Aprile 2019 ore 16:53

Bergat...ma se il segnale non lo amplifica il sensore, ma l'amplificatore, per l'appunto: come fa a scaldarsi il sensore? Eeeek!!!
Il sensore si riscalda innanzitutto per la temperatura esterna e poi per i tempi di esposizione lunghi.
;-)

avatarsenior
inviato il 20 Aprile 2019 ore 16:54

La verità è in mezzo. Alzando gli iso aumenta il rumore termico, ma diminuisce il read-noise (più importante), il segnale andrà digitalizzato in settori con più bit (precisione, il contrario di rumore). SENZA variare scena f e t, alzando SOLO gli iso. Ovviamente lo shot-noise non varia di una virgola e ovviamente senza esporre troppo, in quel caso parte del segnale andrà perso, tagli le alte luci. Il tutto vale anche alzando i tempi o aprendo il diaframma anzichè gli iso, ma in aggiunta aumenta lo shot noise (che in termini snr va letto al contrario, migliora l' snr).
Il rumore termico è causato da TUTTA l' elettronica, non dal solo sensore. L' amplificazione (tra l' altro posizionata dietro il sensore nei cmos) scalda e scalda anche il sensore.
Il rumore, o meglio l' snr NON peggiora alzando gli iso (NON COME DIRETTA CONSEGUENZA).
Alzando SOLO gli iso l' snr totale non peggiora. Aumenta il rumore termico ma migliora il read-noise. Questo se l' amplificazione è hardware (sul segnale elettrico). Per raggiungere la stessa esposizione a iso bassi alzi i tempi o apri il diaframma: uno o entrambi gli interventi di questo tipo hanno una conseguenza diretta sull' snr: AUMENTA LA LUCE, IL SEGNALE PER ECCELLENZA.

user170878
avatar
inviato il 20 Aprile 2019 ore 17:09

“A parte l'astrofotografia, praticamente in tutte le foto che facciamo, lo shot noise è sempre il termine più importate nella sommatoria (in quadratura) delle varie componenti del rumore, per determinare il rumore totale.
;-)”

No, non e' cosi'. Guarda il seguente grafico, ad esempio, adesso lo posto:

imgur.com/a/qQZN2cQ


avatarjunior
inviato il 20 Aprile 2019 ore 17:09

Va beh...vi riporto ciò che scrive Beltrame:

"L'agitazione termica degli atomi di silicio del sensore libera anch'essa (come i fotoni) degli elettroni liberi all'interno dei fotodiodi. Man mano che il tempo passa, questi elettroni si accumulano e vanno a sommarsi al segnale vero e proprio. Quando l'esposizione termina, il sensore viene letto e azzerato: ciò significa che il rumore termico viene letto insieme a quello dovuto al segnale vero e proprio e la sua entità è proporzionale al tempo di esposizione.
Il rapporto tra elettroni (cariche elettriche) e il tempo è in effetti una corrente elettrica e perciò il fenomeno è spesso denominato dark current (corrente di buio, in italiano). Il nome sta ad indicare il fatto che essa non è mai nulla, nemmeno in totale assenza di segnale. L'entità della dark current dipende fortemente dalle caratteristiche costruttive del sensore e dalla temperatura.
[...] Il rumore termico, ad ogni modo, è un fattore da considerare solo in esposizioni lunghe, a partire da alcuni secondi. "

Come potete vedere, di ISO non se parla proprio.
;-)

avatarsenior
inviato il 20 Aprile 2019 ore 17:25

"Come potete vedere, di ISO non se parla proprio."
Solo che se amplifichi le cariche del silicio, amplifichi anche la dark current ;-)

Sembra un controsenso, ma non lo è. Temperatura spiega tutto. Ovviamente parlando di iso (amplificazione elettrica) non si può non parlare di read-noise a parità di scena f e t.

avatarsenior
inviato il 20 Aprile 2019 ore 17:55

Bergat...ma se il segnale non lo amplifica il sensore, ma l'amplificatore, per l'appunto: come fa a scaldarsi il sensore? Eeeek!!!

Scusa la mia imprecisione.Certo è l'amplificatore ma deve amplificare di più man man mano che ho il segnale sempre più debole; e quindi amplificando amplifico anche il rumore. Non vedo quindi invarianza dagli iso. Più aumento gli iso (ovvero più do ordine di amplificare) più amplifico il rumore.

avatarsenior
inviato il 20 Aprile 2019 ore 18:00

@Bergat
Comunque non mi hai spiegato perchè aumentando gli iso, aumenta il rumore
Ogni salto in su ISO dimezza la luce raccolta dal sensore con esiti più catastrofici nelle ombre che nelle luci.;-)
C'è questo articolo:
www.juzaphoto.com/article.php?l=it&t=2925054&npost=&show= "Iso e rumore? Nppure parenti" che è un condensato di La Palice e identità sempre valide, perché l'inesperto fissa lo stesso EV in manuale in ogni caso e varia DOPO gli ISO, riprende qualsiasi sbilanciamento in PP e alla fine sostiene che ISO non c'entra col rumore.Triste Operazionalmente secondo lui ha ragione, però bisogna essere ben ciula per sovraesporre con gli ISO per poi riprendere in PP. Oltretutto viene il momento che sfondi le luci a dx, inevitabilmente. L'incauto ha provveduto a bannarmi subito e l'articolo è sempre lì, con l'aggravante che molti gli hanno fatto i complimenti!MrGreenMrGreen

avatarsenior
inviato il 20 Aprile 2019 ore 18:05

"L'agitazione termica degli atomi di silicio del sensore libera anch'essa (come i fotoni) degli elettroni liberi all'interno dei fotodiodi. Man mano che il tempo passa, questi elettroni si accumulano e vanno a sommarsi al segnale vero e proprio. Quando l'esposizione termina, il sensore viene letto e azzerato: ciò significa che il rumore termico viene letto insieme a quello dovuto al segnale vero e proprio e la sua entità è proporzionale al tempo di esposizione.
A parità di tempo di esposizione, se sul sensore il segnale è debole, questo si confonde col rumore.
Il rapporto tra elettroni (cariche elettriche) e il tempo è in effetti una corrente elettrica e perciò il fenomeno è spesso denominato dark current (corrente di buio, in italiano). Il nome sta ad indicare il fatto che essa non è mai nulla, nemmeno in totale assenza di segnale. L'entità della dark current dipende fortemente dalle caratteristiche costruttive del sensore e dalla temperatura.
[...] Il rumore termico, ad ogni modo, è un fattore da considerare solo in esposizioni lunghe, a partire da alcuni secondi. "
ok
Come potete vedere, di ISO non se parla proprio.
;-)
scusa e poi che ci fai dei vari segnali raccolti dai pixel,? non li devi amplificare? se hai registrato dei segnali di 50 dB più bassi di quelli ottenibili con una foto scattati con valori luce = 18, non li amplifichi? e cos'è secondo te un settaggio di 6400 iso rispetto ai 100 nominali della macchina, se non l'indicazione di amplificazione di cui deve tener conto macchina? a quel punto amplifichi purtroppo segnale e rumore.

avatarsenior
inviato il 20 Aprile 2019 ore 18:12

Ogni salto in su ISO dimezza la luce raccolta dal sensore con esiti più catastrofici nelle ombre che nelle luci.;-)
C'è questo articolo:
www.juzaphoto.com/article.php?l=it&t=2925054&npost=&show= "Iso e rumore?

Il sensore raccoglie sempre la stessa luminanza per un dato diaframma e tempo, e gli iso non hanno influenza sul sensore. Gli iso sono solo i valori tarati di amplificazione che il segnale deve avere per una corretta esposizione.

Bello l'articolo postato e poco intelligente l'autore. Parte da una tesi acclamata per dimostrare il contrario, dimenticandosi che quando con il software si prende un'immagine correttamente esposta con un valore iso di 3200 equivale a scattarla a 800 iso e amplificarla di 2 ev riaggiungendo di nuovo il rumore dei 3200 . idem il contrario

avatarsenior
inviato il 20 Aprile 2019 ore 19:12

@Bergat se lasci fare il suo lavoro a ISO (cioè lo preimposti e usi qualsiasi modalità A, S, P), ti alza gli EV se alzi ISO, il che equivale a fare arrivare meno luce al sensore (ovviamente tenendo ferma la luminanza della scena inquadrata) e quindi ottenere meno SNR. Un sensore ha sempre la stessa sensibilità, è l'ISO che gli fa arrivare più o meno luce.
Non capisco come puoi trovare valido l'articolo segnalato. Uno che dice che a parità di EV l'ISO non influisce sulla luce che arriva al sensore constata l'ovvio. La Palice.MrGreen

avatarsenior
inviato il 20 Aprile 2019 ore 21:08

"Gli iso sono solo i valori tarati di amplificazione che il segnale deve avere per una corretta esposizione."

Bisogna fare una distinzione (NETTA) tra amplificazione digitale (che di fatto fa la stessa cosa di quando correggi l' esposizione in post) e amplificazione hardware (amplificazione del segnale elettrico PRIMA di essere digitalizzato).
Il segnale elettrico amplificato in ingresso al convertitore AD avrà maggior rumore termico (meno influente), ma quel segnale digitale in uscita avrà più bit perchè convertito a frequenze maggiori di campionamento (precisione, contrario di rumore). Il segnale amplificato elettricamente ha un minor read-noise in uscita dal DA (quando ormai è digitale). Il file ha più informazioni.
Questo vale a parità di scena, f e t.
Le iso invariant (e isoless) lavorano a step di amplificazione hardware. Ci sono differenze di prestazione iso solo varcando determinati step (a cui corrisponde un' amplificazione elettrica di segnale).
Le iso variant lavorano con amplificazione hardware ad ogni step, da iso base fino a un certo limite, poi diventano isoless anche quelle.

"però bisogna essere ben ciula per sovraesporre con gli ISO per poi riprendere in PP"

Non proprio. È un poco furbo (ma proprio poco) chi evita di alzarli per riprendere in post (effettuando un' ampificazione digitale), una volta costretto dalla scena: f (decisi per pdc) e tempi (decisi per il mosso).Se la fotocamera ha un' amplificazione hardware, va sfruttata. Dipende dalla fotocamera e dipende dal tipo di amplificazione.

Aprire il diaframma o allungare i tempi, porta miglioramento contemporaneo di snr sia per quanto riguarda lo shot-noise che per quanto riguarda il read-noise. Per questo motivo a iso base si ha maggior gd e miglior snr (gli iso da soli hanno il solo vantaggio del read-noise, i tempi e il diaframma hanno vantaggi sullo shot-noise e sul read-noise).

Quindi ad iso bassi se l' esposizione è ottenibile con una lente luminosa/diaframma più aperto (prima scelta), tempi lunghi (seconda scelta) e iso alti (terza scelta).






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