| inviato il 20 Novembre 2018 ore 13:55
Ai fotografi interessa cosa fanno i fotoni quando interagiscono con il Si e "smuovono" elettroni. I fotoni non hanno massa (solo i gravitoni non hanno massa...), sono i messaggeri dell'energia fra i campi. Furono battezzati da Bose-Einstein bosoni (altre particelle: fermioni). Obbediscono al principio di indeterminazione, che spiega perfettamente perché c'è la diffrazione (quanti insulti mi sono già preso per questa affermazione ).
La diffrazione ci interessa. Il disco di Airy ha diametro d=2.44*(f/)*lambda. Si vede che il diametro sarà maggiore per il rosso rispetto al blu (700 contro 400 nm, meglio in µm perché dobbiamo confrontarci coi sensel, quindi 0.700 µm e 0.400 µm). A f/2.8 e nel rosso, il diametro sarà d=2.44*2.8*0.700=4.78 µm, cioè un sensel leggermente più piccolo di quello di una FF a 36 Mpx.
Il Si è il mezzo per registrare l'intensità della luce a prescindere dal colore finale. Sarà quindi Si senza CFA e filtro AA, monocromatico. Si apprezza che nel VIS il rumore non è colorato. Già RGB danno dischi di Airy diversi, ci mancava che fossero accompagnati da cifre di rumore diverse! |
| inviato il 20 Novembre 2018 ore 20:37
R(eq) sta per Risoluzione equivalente, descrive come un certo sensel virtuale diventi sempre più "grosso" per via della diffrazione. Se si usa la lunghezza d'onda in µm, R(eq) è in µm. Questa formula va calcolata con una Sharp con funzione MATH, va bene anche Excel.
Facciamo l'esempio della macchina più risolvente, la Canon 5DSR, con sensel da 4.1 µm e seguiamo l'aumentare di questa dimensione virtuale chiudendo il diaframma:
f/1.4 Req=4.30
f/2.8 Req=4.86
f/5.6 Req=6.64
f/8 Req=8.44
f/11 Req=10.94
f/16 Req=15.31
f/22 Req=20.7
Confrontiamo con un 12 Mpx tipo Nikon D3 o Sony 7S: sensel=8.46 µm
f/1.4 Req=8.56
f/2.8 Req=8.85
f/5.6 Req=9.94
f/8 Req=11.22
f/11 Req=13.21
f/16 Req=17.01
f/22 Req=21.99
Si vede che la diffrazione incide di più su un sensel piccolo, che tuttavia mantiene il vantaggio risolutivo a tutti i f/ su un sensel più grosso.
Con condizioni al contorno semplificate (monocromatico senza CFA e filtro AA, lambda 500 nm (verde, G)) abbiamo visto cosa succede alla risoluzione in funzione della diffrazione. |
| inviato il 20 Novembre 2018 ore 22:17
Scusate se commento un post di Marco della pagina precedete, ma la storia della pioggia non mi va giù (forse perché faccio il meteorologo?).
Marco scrive
"E' esperienza di tutti che nei primissimi istanti in cui piove sul pavimento vediamo una goccia qui e una goccia li...
Immaginiamo di avere un pavimento perfettamente drenante, per ogni istante di tempo, piccolo a piacere, anche quando piove fitto, è ragionevole pensare che il comportamento sia lo stesso? Direi di si."
E poi sviluppa il discorso per dire che il rumore (inteso come varianza del segnale medio) nei secchi di acqua (analoghi dei fotodiodi del sensore) è pari alla radice quadrata del segnale (quindi s/n=sqrt(s)).
Non mi pare che l'analogia tenga, perché è mia esperienza che se metto una matrice di pluviometri (semplificate con dei secchi contagocce di pioggia) posso avere misure un po' diverse, ma non con una varianza così alta come la radice del valore medio della pioggia cumulata.
Cosa rovina l'analogia? Che la distribuzione dei fotoni raccolti segue sempre una Poisson mentre la distribuzione delle gocce di pioggia è diversa (per esempio gumbel, weibull, GEV)?
Buona guarigione!
Tino |
| inviato il 21 Novembre 2018 ore 2:15
Sapevo che la analogia della pioggia prima o poi doveva essere contestata e adessa arriva un esperto meteorologo che lo fa in modo positivo! E' come se Manzato facesse previsioni del tempo basandosi sulla quantistica, a ogni problema lo strumento di indagine adatto!
Il capitolo risoluzione-diffrazione è stato buttato lì un po' forzosamente a questo scopo: la qualità di una immagine dipende essenzialmente da risoluzione e SNR, in genere è più importante SNR, quindi giusto togliere di mezzo la risoluzione e concentrarci sul rumore.
Schade permette di fare previsioni attendibili sulla risoluzione.
flic.kr/p/q6c49Y
L'obiettivo è un Carl Zeiss T* Sonnar 45/2.0, ritenuto uno dei migliori 45mm al mondo, da confrontare coi Leitz. La macchina è una Nikon 1 V1, il sensel è 3.44 micron. ISO 800 ETTR + 1.3 Ev (dimostra che nel 2014 tentavo di sfruttare il fatto che la macchina non fosse ISO-Invariante!). Si dà il caso che su Flickr gli adepti delle foto con ragazze che fumano siano innumerevoli. Difatti, 31k clic, la maggior parte maniaci!
Quando gli obiettivi sono top si può scattare a tutta apertura, qui f/2.0 che dà Req 3.90, cioè la diffrazione ha influito ben poco sul sensel da 3.44 micron.
Simuliamo f/ di una SonyA7RM3 per avere la stessa Req. Qui il sensel è da 4.52 micron.
Poiché Req 3.90<4.52 micron, non è possibile duplicare la prestazione della piccola V1 da 1" con il miglior sensore sul mercato Abbastanza inaspettato. Naturalmente la Sony massacra il sensore da 1" in SNR... |
| inviato il 21 Novembre 2018 ore 8:26
@Manzato
Nessun problema anzi! Ricordi è una festa e ho esplicitamente chiesto il contributo di tutti non essendo io titolato per.
Ok, Sicuramente ho spinto l'analogia troppo oltre.
A questo punto cosa faccio , metto una nota nel post in oggetto in cui dico che è stato corretto e debello secchi e gocce diciamo da "facciamo un altro passo" in avanti?
Inoltre: per evitare ambiguità: che "unità" uso: fotoni? elettrroni ( che quelli contiamo )? fotoelettroni definendoli come elettroni generati per effetto fotoelettrico?
Oppure: metto una nota nel post precedente e qui sotto lo riscrivo integralmente?
Una nota: che lavoro affascinante fai!
Marco |
| inviato il 21 Novembre 2018 ore 8:59
Salve,
non e' che volevo criticare l'analogia di per se', quanto veramente capire perche' nel caso dei fotoni che cadono su un sensore la varianza sarebbe sqrt(valor_medio) mentre nel caso delle gocce di pioggia che cadono nei "secchi" (pluviometri) affiancati la varianza e' molto inferiore (per la mia esperienza). Dipende dalle distribuzioni del segnale? In definitiva dal rapporto tra la dimensione delle "particelle" e l'area su cui le raccolgo (integro)? O dipende solo dal fatto che per le gocce di pioggia non si verifica la diffrazione, come capita per la luce (e quindi e' legato alla visione ondulatoria dei fotoni, che nel caso delle gocce di pioggia non si puo' applicare)? Mi interessava solo per cercar di capire perche' l'analogia non tiene...
Comunque, per la serie "a ogni problema lo strumento adatto", qua c'e' un articolo di "meteorologia quantistica":
journals.ametsoc.org/doi/abs/10.1175/BAMS-86-4-519
Enjoy!
Tino |
| inviato il 21 Novembre 2018 ore 9:12
L'analogia con la pioggia serve solo a far capire che abbiamo a che fare con quantità discrete (non ulteriormente divisibili). Le gocce in un caso, i quanti di energia (fotoni) della radiazione visibile nell'altro. Da cui la variabilità di lettura originata dalla sorgente. Nulla più...sono 2 fenomeni fisici diversi. |
| inviato il 21 Novembre 2018 ore 9:41
Tino: assolutamente!
Il taglio della mia parte di thread vuole essere scherzoso e NON scorretto.
La parte formale se la sobbarca Valerio.
Nota: la divisione dei ruoli, sebbene scontata, non è stata da noi concordata.
Non sono in grado di rispondere alla tua domanda in modo esaustivo,
Probabilmente coglie nel segno Simone ( grazie! ) , sono due fenomeni differenti.
D'altro canto non mi piace lasciare analogie che, se guardate con occhio esperto, perdono totalmente di validità.
A favore ovviamente di chi legge o leggerà.
Ecco il perchè della mia domanda sul come procedere.
A cui però non avete risposto.
Il 3d non è mio se non nella misura dell'averlo aperto. In questo senso è una festa.
Non ho nulla di nuovo da raccontare se non cercare di fare ordine nel fenomeno delle macchine ISO-varianti Vs ISO-invarianti che tanta incomprensione ha creato.
La potrei fare fuori dicendo che nel famoso grafico di dx del rapporto S/N dell'articolo di Hasinoff una macchina perfettamente iso invariante non avrebbe l'icurvamento verso il basso e rilincare la paginetta interattiva del sito di Bill Claff, ma... che divertimento ci sarebbe?
Marco |
| inviato il 21 Novembre 2018 ore 9:55
Le gocce hanno massa e velocità, per cui si può definire il momento (vettoriale, in generale) mv. I fotoni non hanno massa, hanno energia pari a h*f e velocità c nel vuoto o c' in altri mezzi più densi (e su questo si basa tutta la costruzione degli obiettivi). A noi interessano i fotoni che interagiscono con gli elettroni del Si. Fotoni liberi seguono la statistica di Bose-Einstein che è molto simile, ma non identica alla Poisson.
Nel campo fotoni-elettroni si cita normalmente la distribuzione di Poisson che ha proprietà straordinarie agli occhi di un fotografo. Per esempio alla dx di un istogramma lo shot noise sqrt(n) (n è il numero dei fotoni raccolti) è max, ma SNR = Noise = sqrt(n). È qui che cade l'analogia col mondo macroscopico. È più facile parlare direttamente di fotoni che obbediscono alla distribuzione di Poisson che inventarsi qualcosa che abbia le stesse proprietà nel mondo a noi visibile |
| inviato il 21 Novembre 2018 ore 10:08
OK, quindi da quanto capisco, l'analogia cade fondamentalmente perche' le gocce di pioggia non hanno una distribuzione di Poisson. Che questo sia dovuto alla mancanza di massa dei fotoni non mi interessa al momento, volevo solo capire perche' i due fenomeni fisici distinti si manifestano in modo diverso.
@Marco Su come procedere nel 3D non so, non sono un animale sociale...
Tino |
| inviato il 21 Novembre 2018 ore 10:18
Tino: Sul "animale sociale" sei in buona compagnia
Valerio: Vero, ma un minimo di analogia con fenomeni su cui facciamo epserienza a molti ( in parte sono uno dei molti ) serve.
Non sempre si riesce/vuole capire fino in fondo e fare atto di fede non porta lontani.
Tu hai la capacità e il dono del riuscirci.
D'altro canto per abitudine a sensori iso invarianti non riuscivi,apparentemente, a fare tuo il disagio di chi lavora con un sensore iso variante. E visto che la stragrande maggioranza delle macchine Canon, anche recenti, sono molto iso varianti...
O sbaglio?
Marco
|
user151242 | inviato il 21 Novembre 2018 ore 10:37
Faccio notare che, anche se particelle zero massa, i fotoni sono dotati sia di quantita' di moto (che erroneamente viene chiamato momento) che di momento angolare vero e proprio e che quest'ultimo, si e' dimostrato qualche anno fa, essere una frazione della costante di Planck. |
| inviato il 21 Novembre 2018 ore 10:42
Vale la pena leggere questi due articoli che costituiscono lo state-of-the-art attuale:
drive.google.com/open?id=1Ox-KRRN-lBP4wLNkhZSMRClk_p5MO6AG
drive.google.com/open?id=1pf9ZQ406t4IKKM5dNAOKGcTEhZOOPJH-
A livello di ricerca il baricentro si sta spostando dalle Case costruttrici di macchine fotografiche a colossi dello stampo di Google e Intel. Tuttavia Canon e Nikon costruiscono gli stepper che sono all'inizio della filiera Si-sensori. La stessa Sony potrebbe dipendere da Nikon per gli stepper che usa per fabbricare sensori. Quindi è prematuro chiamare fuori Canikon dalla ricerca di punta, perché ci sono a livello primario, più di Sony ad esempio.
Tornando agli articoli citati sopra, chi li legge e li capisce non ha certo bisogno di sorbirsi le notazioni di un 3D come questo.
La nozione di base più importante è che la fotografia digitale è una tecnologia dove il rumore preponderante è quello della sorgente.
Subito una difficoltà: è esperienza comune che nelle ombre SNR sia più basso che nelle luci. Questo porta alcuni a pensare che nelle ombre il photonic shot noise non sia il più importante (ed è anche vero). In realtà i fotoni sono l'unico segnale utile nella catena fotografica, il sensore non genera segnale, solo rumore. Siccome si parla sempre di SNR, se riusciamo ad abbassare il rumore generato dal sensore, nel rapporto SNR=S/N cala N (inteso come rumore totale) e aumenta SNR. A parità di segnale S (che viene esclusivamente dalla luce, non dal sensore!) si è ridotto il rumore proprio del sensore.
Chiamati Nt(totale), Nr(readnoise), Ns(shot noise) non è Nt=Nr+Ns. Rumori diversi (possono essere ben più di due come si è fatto qui per comodità) si compongono secondo RSS (Root-of-the-Sum-of-the-Squares), ossia Pitagora generalizzato.
Se Nr e Ns sono i cateti, Nt è l'ipotenusa. L'ipotenusa è sempre più simile al cateto più lungo e in fotografia il cateto più lungo è quasi sempre Ns. Quando Nr>Ns, SNR non è più sqrt(n), diventa SNR=n cioè lineare coi fotoni raccolti (che sono pochi nelle ombre). Il cateto più lungo è diventato Nr, ma non bisogna dimenticare che il segnale S viene dalla sorgente (luce, fotoni) non dal sensore! |
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