| inviato il 26 Ottobre 2018 ore 2:51
Prova a pensare a come si comportano i sensori sugli smartphone (1/2,3") da 16 mpx in scarse condizioni di luce con lente f1.8. Poi pensa che la dimensione è circa 64 volte inferiore a un sensore FF da 12 mpx. Ciò vuol dire che le prestazioni DOVREBBERO allinearsi quando il sensore FF con lente F1.8 ha un tempo di scatto 64 volte inferiore (ad esempio 1" con cellulare e 1/60" FF, entrambi agli stessi iso) per poi compensare l' esposizione in post di 6 stop. Puoi anche utilizzare lo stesso tempo di posa e chiudere il diaframma di 6 stop su FF (evitiamo anche la vignettatura). È blando ma questo piccolo test basterebbe a rendere l' idea dell' efficienza per mm quadrato delle due tecnologie. Fallo per farti una risata. Pensa che all' atto pratico per ottenere la massima prestazione ti occorre utilizzare la tecnologia dei sensori degli smartphone per costruire un sensore ff che a quel punto sarebbe un sensore da 16x64=1024 mpx.
Le bigmpx a confronto sarebbero delle smallmpx.
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| inviato il 26 Ottobre 2018 ore 3:08
Se ci fossero davvero questioni fisiche (quantistica compresa) e chimiche ad impedire questi risultati alla tecnologia, potremmo sempre chiedere spiegazioni a maghi, indovini, draghi, fate e marziani.
In alternativa prendiamo atto della realtà delle cose e magari cerchiamo di capire perchè invece stanno così. |
| inviato il 26 Ottobre 2018 ore 4:47
@Paolostok “ Rivolto a diversi... ma soprattutto a Valgrassi: se ho capito bene, il messaggio è che , con le tecnologie attuali, a parità di illuminazione del soggetto, è meglio un sensore più denso, con più Megapixel, anche dal punto di vista del rumore a più alti ISO ? „ mi scuso se mi sono espresso in modo poco chiaro
Se prendi in considerazione il singolo sensel, un sensel più piccolo accomoderà meno fotoni PRIMA DI RIEMPIRE il POZZO. Quindi il SNR sarà più basso di quello di un sensel più grossp . Notare che si parla di rumore associato alla luce, photonic shot noise, cioè del rumore apportato dalla SORGENTE non dal SENSORE. Se il sensore satura a 100 fotoni in un caso e a 25 in un altro il rapporto degli SNR sarà sqrt(100/25)=sqrt(4)=2, notare che la dipendenza non è lineare.
Se consideri invece il comportamento agli alti ISO, passando da 100 a 200 ISO raccogli la metà dei fotoni, quindi comincia a farsi sentire anche il read noise del sensore. Il read noise non è legato alla luce, sono una serie di rumori relativi alla natura del silicio. Ci sono modi diversi di implementare il guadagno elettronico ISO, ma a 6400 ISO raccogli 6400/100=64 volte meno fotoni ossia SNR=sqrt(64)=8 volte minore e riduci la dinamica di 8 stop. Rispetto al sensore saturato a 100 ISO (supposto ISO base) diventa importante il read noise, ossia il rumore totale è una miscela di shot noise e read noise. Questo rumore totale non si ottiene sommando read noise e shot noise così:
Rumoretotale=Readnoise + Shot-noise bensì Rumoretotale=sqrt(Readnoise^2 + Shotnoise^2), questa operazione è figlia del teorema di Pitagora, quando i termini dei rumori sono più di due si parla di RSS (ROOT-SUM-(of)-SQUARES) che è Pitagora generalizzato a spazi a più dimensioni.
Quello che non è affatto intuitivo è che ad alti ISO la sorgente apporta meno rumore ovveto "nelle alte luci c'è molto più rumore". Ma noi non percepiamo il rumore separato dal segnale, altrimenti lo elimineremmo facilmente. Non eliminiamo il rumore per la sua natura casuale, non sappiamo dov'è e quant'è.
Invece siamo sensibili al rapporto-segnale-su-rumore SNR. L'unico segnale utile è apportato dal numero dei fotoni n raccolti. Nel caso ISO base questo SNR è dato semplicemente da SNR=sqrt(n) perchè il read noise è trascurabile secondo RSS. Nel caso 6400 ISO, se Readnoise fosse trascurabile l'SNR decadrebbe di sqrt (64)=8 volte, in realtà SNR=S(Rumoretotale, insomma si vede chiaramente che ad alti ISO SNR è minore.
Riscontro sul campo che il sensore 1" 10 Mpx della Nikon V1 è più rumoroso (leggi: ha un SNR minore) della J5 1'' e 20 Mpx. Ci aspetteremmo i 10 Mpx meno rumorosi, invece no. Que pasa? Innanzittutto il 10 Mpx è un Aptina e il 20 Mpx un Sony. Questo suggerisce che il Readnoise del Sony sia più basso, è una prerogativa di tutti i sensori Sony.
Il secondo fattore è che il 20 Mpx è in tecnologia BSI. La risultante è che una J5 a 6400 ISO si comporta come una V1 a 2000 ISO. Morale: va bene fare considerazioni sulle dimensioni del sensel, ma il responso lo dà il campo, sempre.
@Alessandro mi chiamo Evaristo, scusa se insisto “ Pensa che all' atto pratico per ottenere la massima prestazione ti occorre utilizzare la tecnologia dei sensori degli smartphone per costruire un sensore ff che a quel punto sarebbe un sensore da 16x64=1024 mpx. „ Il Si dei sensori smartphone è lo stesso del Si FF. Gli smartphone hanno talvolta una elettronica sofisticata per cui hanno un buon Readnoise, ma questi sensori non sono affatto più sensibili di quelli FF. Non so da quanti 3D questo fatto non lo introietti
“ Se ci fossero davvero questioni fisiche (quantistica compresa) e chimiche „ questo sei libero di pensarlo, peccato che non è vero, il combinato fotoni-elettroni-Si è rigidamente quello che è sempre stato, confondi stato solido e tecnologia. |
| inviato il 26 Ottobre 2018 ore 6:31
“ Prova a pensare a come si comportano i sensori sugli smartphone (1/2,3") da 16 mpx in scarse condizioni di luce con lente f1.8. Poi pensa che la dimensione è circa 64 volte inferiore a un sensore FF da 12 mpx. Ciò vuol dire che le prestazioni DOVREBBERO allinearsi quando il sensore FF con lente F1.8 ha un tempo di scatto 64 volte inferiore (ad esempio 1" con cellulare e 1/60" FF, entrambi agli stessi iso) per poi compensare l' esposizione in post di 6 stop. Puoi anche utilizzare lo stesso tempo di posa e chiudere il diaframma di 6 stop su FF (evitiamo anche la vignettatura). È blando ma questo piccolo test basterebbe a rendere l' idea dell' efficienza per mm quadrato delle due tecnologie. Fallo per farti una risata. „
Non entro nel merito del test (ci sono tanti fattori che entrano in gioco) faccio solo qualche appunto oggettivo doveroso per chi volesse tentare.
Non so come tu abbia ottenuto il valore 64, la superficie standard di un sensore in formato 1/2.3'' é di circa 28mm^2 (6.17x4.55), ovvero circa 30.8 volte più piccola di quella di un sensore full frame. Esistono altre misure in commercio, i sensori in formato 1/2.3'' Exmor rs di Sony misurano circa 6.2x4.65 (parliamo ad esempio di Google Pixel/Pixel XL, Sony XZ Premium/XZ1/XZ2/XZ2 Premium, Huawei P20) circa 28.8mm^2 quindi grosso modo 30 volte meno di un sensore full frame. Con un telefono di questo tipo il confronto andrebbe effettuato diminuendo di 5 stop (in teoria 4.9 stop) i tempi di esposizione della fotocamera rispetto al telefono (a pari apertura) oppure con un'apertura più chiusa di 5 stop (a pari tempi di esposizione), altrimenti una combinazione a piacere che sottoesponga il sensore della fotocamera full frame di 5 stop complessivi considerando solamente apertura e tempi (gli unici parametri che incidono sulla quantità di luce che raggiunge il sensore). “ entrambi agli stessi iso „ L'idea di utilizzare la stessa sensibilità ISO per poi sovraesporre di 5 stop non sarebbe un approccio equo, é noto che attualmente la tecnologia non consente ancora di costruire sensori iso-invarianti (anche se Sony ci si sta molto avvicinando), per cui l'approccio corretto sarebbe semplicemente quello di impostare la sensibilità della fotocamera ad un valore 5 stop superiore rispetto a quella del telefono (provate a scattare con la fotocamera due foto della stessa scena, una esposta correttamente e una sottoesposta di 5 stop, recuperate in seguito questi 5 stop e confrontatela con la foto esposta correttamente: la differenza di rumore sarà evidente).
Piccoli esempi: telefono iso 100 fotocamera iso 3200, se a pari apertura impostate il telefono a 1 secondo e la fotocamera a 1/30 di secondo, se a pari tempi e l'apertura del telefono é f/1.8 impostate la fotocamera a f/10, se il telefono é a f/2 impostate la fotocamera a f/11.
Nel caso dei Samsung Galaxy S7/S7 Edge/Note 7/S8/S8 Plus/Note 8/S9/S9 Plus Google Pixel 2/Pixel 2 XL o i vari Asus Zenfone 4 il sensore misura circa 5.65x4.23, ovvero 23.9mm^2 quindi 36.15 volte più piccolo di un sensore full frame, con questi telefoni il confronto dovrebbe essere effettuato imponendo una differenza di esposizione (apertura e tempi da un lato, ISO dall'altro) tra 5 stop e 5+1/3 stop (5.18 calcolati), una situazione simile a quella citata prima.
Nel caso di iPhone 6S/7/7 Plus/8/8Plus il sensore misura circa 4.9x3.6, ovvero 17.64mm^2 quindi 49 volte più piccolo di un sensore full frame, in questo caso gli stop di differenza di esposizione diventano 5+2/3 (circa 5.61 calcolati).
Come ho detto non entro nel merito perché si confrontano pere con mele, volevo giusto dare un po' di equilibrio ai numeri (per chi volesse cimentarsi ovviamente gli scatti andrebbero eseguiti in raw e convertiti con le medesime impostazioni, confrontare il rumore di foto salvate con algoritmi di noise reduction differenti non avrebbe senso).
“ Fallo per farti una risata „
Provate. |
| inviato il 26 Ottobre 2018 ore 7:24
@Leonardo se il guadagno ISO lo implementi a livello digitale soltanto (ossia a ogni salto ISO fai un semplice Left-Shift del registro dati), hai un sensore ISO-invariante, il caso più lampante sono i Foveon Merrill (i Quattro no).
Pixel pitch è la distanza fra i centri dei fotositi. Se L'isolante è molto sottile si può approssimare dimensione sensel=pixel pitch. Generalmente la forma del sensel (cioè la parte fotosensibile) è a L, perché devi lasciare spazio alla elettronica. Nei BSI si hanno invece sensel pseudo-quadrati. La forma geometrica del sensel ha influenza sulla risoluzione, si vede attraverso la Trasformata di Fourier che probabilmente hai sentito nominare. Se non sai usare le FT ti riduci ai tuoi compitini aritmetici più o meno precisi. Il solito consiglio, non ripetere calcoli noti da decenni, sforzati di CAPIRE la fisica che in questo contesto vuol dire soltanto quello che mi sono sforzato di semplificare nei miei vari post qui. Non è informazione stantia, è aggiornata, molte volte ci sono siti e blog che parlano di realtà tecnologicamente superate.
L'unica cosa preziosa che devi portarti con te è che il rumore lo fa statisticamente la luce, il rumore del sensore è praticamente sempre trascurabile. Poi esistono anche i casi limiti. Ti consiglierei di imparare APEX e la fotometria, che è piuttosto variegata nelle unità di misura. Comincia con EV, poi vai a vedere il Brightness Value nell'EXIF della tua macchina. Adagio adagio impareresti a collegare illuminazione e luminanza e tutte le misure intorno ad esse. |
| inviato il 26 Ottobre 2018 ore 7:47
“ Leonardo se il guadagno ISO lo implementi a livello digitale soltanto (ossia a ogni salto ISO fai un semplice Left-Shift del registro dati), hai un sensore ISO-invariante „
In che senso se lo implementi a livello digitale?
Mi viene il dubbio di non aver capito perché per come hai scritto la frase il concetto sembrerebbe l'utilizzare sempre la stessa amplificazione e modificare direttamente il valore digitale (cosa che non ha senso) |
| inviato il 26 Ottobre 2018 ore 8:36
@Leonardo “ Mi viene il dubbio di non aver capito perché per come hai scritto la frase il concetto sembrerebbe l'utilizzare sempre la stessa amplificazione e modificare direttamente il valore digitale (cosa che non ha senso) „
A livello ISO puoi amplificare il segnale elettrico con un amplificatore analogico, con una combinazione di analogico-digitale (la prassi più comune) oppure solo digitalmente moltiplicando per qualsiasi fattore richiesto dagli ISO.
Quando il gain è solo digitale: hai il segnale digitalizzato (metti: da un sensore con ISO base 100) e vuoi implementare ISO 800. Semplicemente moltiplichi i dati digitali per 8, che corrisponde a fare 3 Left-Shift dei registri dati.“ (cosa che non ha senso) „ è chiaro che non sei un programmatore, altrimenti fisica o no questi sono concetti basilari.
Per chiarezza: ti ho spiegato la differenza fra pixel pitch e fattori di forma del fotosito. È una informazione che i costruttori di sensori non danno mai. Di conseguenza tutti i tuoi apparentemente accurati calcoli non hanno alcun valore, al massimo sono approssimazioni. Non è questo il luogo per spiegare i fattori che influenzano un sensore, ma per l'amor di Dio non gettari nel primo blog che ti sembra chiaro e comprensibile, molto spesso lo è ma dissemina falsa informazione. È il leit-motiv di questo 3D, voi ragazzi pieni di buona volontà che non avete strumenti critici per distinguere informazione attendibile dalla farlocca. |
| inviato il 26 Ottobre 2018 ore 9:11
“ In alternativa prendiamo atto della realtà delle cose e magari cerchiamo di capire perchè invece stanno così. „
E` quello che sto cercando di fare, ma alla mia richiesta di chiarimenti:
“ Ero curioso anche io di imparare qualcosa sull'efficienza dei sensori più densi in relazione alla lavorazione del silicio, ma il link di wikipedia sul drogaggio non mi aiuta. Se ti va, mi piacerebbe approfondire. „
non hai risposto... |
| inviato il 26 Ottobre 2018 ore 9:22
@Ale.c non ti può rispondere, anche se ci fosse una nuova tecnologia del silicio mica te la pubblicano i costruttori, quello che leggi in rete è quello che loro vogliono farti sapere, in genere per tener viva la attenzione commerciale. Se hai un amico in STM, allora potrebbe informarti sulle nuove frontiere, se le conosce. STM ad Agrate è pieno di specialisti cazzuti, anche Catania. |
| inviato il 26 Ottobre 2018 ore 10:20
@Valgrassi, non mi era sembrato che Alessandro si stesse riferendo a una nuova specifica tecnologia, piuttosto mi era sembrato che ne facesse un discorso generale, qualcosa del tipo "i sensori più grandi tendenzialmente portano ad avere minore rumore rispetto ai sensori più piccoli", affermazione vera, giustificabile e anche abbastanza intuibile per i profani della materia come me.
Che l'efficienza dei sensori dipendano (anche) dalla lavorazione del silicio, mi pare lapalissiano, meno ovvia e' l'affermazione: “ sensori più densi hanno una maggiore efficienza per la lavorazione del silicio. „ . Il link su wikipedia non mi aiuta a capire.
“ STM ad Agrate è pieno di specialisti cazzuti, anche Catania. „
Verissimo, detto anche da colleghi che hanno lavorato con STM. |
| inviato il 26 Ottobre 2018 ore 10:34
@Ale.c “ sensori più densi hanno una maggiore efficienza per la lavorazione del silicio. „ Se si intende che da un wafer da 12" si ottimizza il numero dei sensori prodotti, senz'altro (gli FF ti costringono a scartare ritagli).
Se si intende che i sensori piccoli sono più sensibili in sé, non è vero, sono uguali a quelli FF.
Notare: a parità di tecnologia. Che gli smartphone implementino una tecnologia del Si diversa non è vero, diciamo che ormai sono tutti BSI, quindi non puoi confrontarli direttamente se non con FF BSI, ossia li confronti con una SonyA7RIII, non con una Canon 5DSR. |
| inviato il 26 Ottobre 2018 ore 11:43
"Piccoli esempi: telefono iso 100 fotocamera iso 3200, se a pari apertura impostate il telefono a 1 secondo e la fotocamera a 1/30 di secondo, se a pari tempi e l'apertura del telefono é f/1.8 impostate la fotocamera a f/10, se il telefono é a f/2 impostate la fotocamera a f/11."
Per quanto ho definito la prova BLANDA agli stessi iso (conosco bene i motivi per cui non è corretta), è molto più equo correggendo l' esposizione in post con entrambe le fotocamere ad iso base per testare l' efficienza della tecnologia pareggiando solo il numero di fotoni. Come precedentemente affermato da Bubu93, il rapporto s/n migliora all' aumentare degli iso.
Facendo arrivare lo stesso flusso di fotoni al telefono e alla FF, è del tutto fuorviante far lavorare la FF a iso 3200 (con ottime probabilità di farla lavorare alla sua migliori prestazione iso) e il telefono a iso 100 (senza dubbio a una prestazione iso molto inferiore a causa della sottoalimentazione). Il rumore dovuto dall' elettronica giocherà un ruolo decisivo, definito ahimè trascurabile e non esponenziale di 2 al dimezzare della frequenza. Provo a rifare i conti, a me risultavano 6400 iso e 5,9 stop.
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| inviato il 26 Ottobre 2018 ore 11:53
Cmq anche considerando 5 stop e con la FF a iso 3200, ti accorgeresti di differenze nette. |
| inviato il 26 Ottobre 2018 ore 12:08
@Valgrassi, ma mi sembrava di aver capito che sei un chimico. Il silicio ha problemi di ossidi in superficie, cosa che viene trattata legandolo ad un altro elemento, che ne cambia anche le caratteristiche elettriche. Quello che affermi è che analizzando 10000 sensori troveresti come supporto chimico la stessa identica materia. A me non risulta, la stessa cosa è avvenuta con i transistor e non 10 anni fa, in cui le bocce erano ferme alla legge di Moore.
Le mie competenze e la mia voglia di approfondire la questione si fermano qui, mi basta sapere che per quanto sempre di silicio si parli, non è allo stato puro e analizzando due sensori non troveresti la stessa identica materia con le stesse identiche lacune.
Nessuno nasce imparato e nessuno sa tutto. Ma questo mantra dobbiamo ripetercelo tutti. Le lacune le hanno anche i più competenti ed esperti, motivo per cui certi ingegneri sono più bravi di altri e sviluppano sensori non solo con diverse caratteristiche, ma proprio più prestanti in tutto o meno i tutto.
Il rumore dovuto dall' elettronica è tutt' altro che trascurabile ad alti iso quando il sensore non è saturo (pochi fotoni sul sensore), il concetto è più chiaro a Bubu93 (forse per una maggior propensione all' astrofoto), a cui però non sembra sfiorare l' idea di come la situazioni cambi all' interno di una stessa scena per le alte luci e per le ombre. Lo shot noise ti sembra il fulcro di tutto perchè la tua attenzione è maggiormente attratta da condizioni ottimali a iso base (con una valanga di fotoni da gestire) da bravo guardone di dettagli. Esponendo per le ombre si notano differenze tranquillamente nell' ordine di 6 stop. La stessa cosa avviene esponendo per un soggetto bianco e uno nero sotto la stessa illuminazione. Trascurabile??? Una cippa! Lo shot noise è preponderante per scene ben illuminate (e di conseguenza sulle alte luci e le tonalità quasi bianche), mentre il rumore dovuto dall' elettronica è preponderante in condizioni di scarsa luminosità (di conseguenza sulle ombre e le tonalità quasi nere). Questo nonostante entrambi i rapporti s/n beneficiano di un numero più elevato di fotoni, ma con un andamento completamente diverso. Considerando una media gamma dinamica la situazione agli estremi è di 12 stop. Trascurare e ignorare sono la stessa cosa. |
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