Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Hardware Höheres Rauschen bei kleiner Blende?
Ich habe mal eine (vermutlich total doof anmutende^^) Frage.
Und zwar habe ich gerade beim durchgucken meiner frühmorgendlich geschossenen Fotos bemerkt, dass die Bilder mit großer Blende (F3,7) weit weniger rauschen, als die mit kleiner Blende (F11).
Ich vermute, dass das daran liegt, dass ich mit kleiner Blende länger belichtet habe (1/125sec statt 1/500sec bei F3,7), damit die Helligkeit ok ist.
Aber man sieht schon einen ziemlich eklatanten Unterschied (bei ISO100), der ja bei der immer noch kurzen Belichtungszeit eigentlich so nicht sein sollte, oder?
Hm ja, mich würde jetzt interessieren, ob die Wahl der Blende Einfluss auf das Rauschverhalten hat?
Die Bilder, die ich meine (schadet ja vllt nicht):
F3,7:
http://www.abload.de/thumb/p1010859o48.jpg (http://www.abload.de/img/p1010859o48.jpg)
F11:
http://www.abload.de/thumb/p10108642i5.jpg (http://www.abload.de/img/p10108642i5.jpg)
Hm ja, mich würde jetzt interessieren, ob die Wahl der Blende Einfluss auf das Rauschverhalten hat?
Ich glaube logischerweise "Ja"
Bildrauschen entsteht, unter anderem, durch die Erwärmung des Sensors. Blende klein > längere Belichtungszeit > längerer aktiver Sensor > stärkeres Rauschen.
Erscheint mir logisch.
Ja, das würde ich ja verstehen, wenn es um sekundenlange Belichtung ginge... Aber bei 1/125sec im Gegensatz zu 1/500 rauscht das dann schon so sehr mehr? :-/
Hallo André,
mein bescheidenes Wissen dazu:
'Rauschen' wird bei der digitalen Fotografie in mehrere Bereiche eingeteilt.
Da gibt es ertmal das 'Dunkelrauschen'. Auch wenn kein Licht auf den Bildsensor trifft, so werden die einzelenen Pixel des Sensors doch mit Strom versorgt und da diese gewissen Fertigungstoleranzen unterworfen sind, bilden sie auch leichte Helligkeitsunterschiede ab, obwohl eigentlich alles schwarz ist.
Dann kommt das 'Ausleserauschen'. Wenn die Bildinformation aus dem Sensor geholt wird, wird diese verstärkt. Und weil der Verstärker nicht unterscheiden kann, was gewollt ist und was nicht, wird natürlich auch das Dunkelrauschen verstärkt.
Das 'Photonenrauschen' ist bei den Spiegelreflexkamerras kaum messbar, wohl aber bei den meisten Kompakten und bei einigen Hybrid-Kameras, warum dazu später mehr. An sich einfach zu erklären: Wenn zwei Bildsensoren nebeneinanderliegen, dann kann es sein, dass der eine mehr Photonen abbekommt als der Andere und somit einen helleren Lichtwert speichert.
Schlußendlich kommt dann noch das Quantisierungsrauschen dazu (mein Spezialgebiet, meine Diplomarbeit behandelt die suzzesive Approximation ;D) Das Quantisierungsrauschen entsteht, wenn der analoge Lichtwert in eine digitale Form gebracht wird. Während man die Kennlinie des analogen Signals wie eine diagonale, gerade Line aussieht, hat die digitale Kennlinie eher die Form einer Treppe. Zwischenwerte müssen Auf- oder abgerundet werden, und das führt zu sichtbaren 'Pixelfehlern' was wir als Rauschen bezeichnen.
So, jetzt hab ich endlich mal wieder mein Schulwissen jemandem auf's Auge gedrückt ;D
Wie wirkt sich das Ganze jetzt auf das Bild aus und warum?
Meiner Meinung nach der wichtigste Punkt ist die Packungsdichte. Ein Vollformatsensor hat 24x36mm Sensorfläche, eine Kompaktkamera hat z.B. eine Fläche von 9x14mm. Beide Sensoren haben als Beispiel 10Megapixel, also 10 Millionen Pixel.
Beim kleinen Sensor ist die Packungsdichte weitaus höher, die einzelnen Fotozellen stehen sehr viel enger beieinander.
Der zweite wichtige Punkt ist die Temperatur. Je höher die Temperatur des Sensors, desdo höher wird auch das Rauschen.
Beide Faktoren spielen hier zusammen, sie addieren sich nicht nur, sie multipizieren sich sogar.
Die Fotozellen, aus denen der Bildsensor aufgebaut ist, bestehen aus Halbleitern. Halbleiter haben die negative EIgenschaft, dass sich deren Verhalten unter Einfluß der Temperatur verändert. NTC's z.B., also Heißleiter, werden immer leitfähiger, je wärmer sie werden. Je dichter diese beieinander stehen, umso mehr wirkt sich die Erwärmung eines dieser Fotozellen auf seine Nachbarn aus, der gesamte Chip wird schneller aufgeheizt und somit erhöht sich das Rauschen extrem. Da die meisten Kompakten Fotosensoren mit hoher Packungsdichte haben, merkt man das da besonders.
Kommen wir zur Belichtungszeit: Je länger die Belichtungszeit, um so länger fließt auch Strom durch den Bildsensor. Um so mehr Strom durchfließt, umso mehr erwärmen sich die Fotozellen, folglich nimmt das Rauschen mit der Belichtungszeit zu.
Der ISO-Wert: Was passiert bei der Digitalkamera, wenn wir den ISO-Wert erhöhen? Es wird nichts anderes gemacht, als dass der oben angesprochene Verstärker (Stichwort Ausleserauschen) höher angesteuert wird, also mehr Strom bekommt, damit er das Signal vom Sensor mehr verstärkt. Mehr Strom für mehr Leistung - ihr wisst schon: Höhere Temperatur = höheres Rauschen.
Die Blende: Die Einstellung der Blende hat primär keine Auswirkungen auf das Rauschen des Bildsensors.
Fazit: In Deinem Bild, was einen sehr hohen Schwarzanteil aufweist kommen eigentlich alle hier beschriebenen Möglichkeiten des Rauschens ins Spiel, von daher hilft wohl nur eine Möglichst kurze Belichtungszeit und die Kamera vorher in den Kühlschrank zu legen, um das Rauschen zu minimieren. Oder aber tiief in die Tasche greifen und eine Kamera mit Vollformat-Sensor kaufen.
Wer sich wirklich bis hierher durchgelesen hat, der muß fast so verrückt sein wie ich ;D
Fred
Lothar Franz
26.11.07, 13:29
...
Wer sich wirklich bis hierher durchgelesen hat, der muß fast so verrückt sein wie ich ;D
Fred
Danke für das Kompliment.
Sehr anschaulich erklärt.
Wäre schade, wenn der Beitrag verloren ginge.
Wie wär's das als Tipp "Ursachen des Rauschens" zu konservieren?
Ich hab's mir auch durchgelesen^^. Sehr interessant, auch, wenn nicht alles neu war. Danke für deine ausführlichen Erklärungen :).
Es waren draußen 2 oder 3°C, also das mit dem Kühlschrank passt irgendwie schon ^^. Und da die kamera vorher im "Warmen" lag, hätte es bei den Fotos, die eher geschossen wurden, ja eigentlich mehr rauschen müssen, oder?
Und das Dunkelrauschen: Es rauscht ja der Mond, und nicht die dunkle Umgebung :(.
ISo-Werte waren bei beiden Bildern gleich, daran kann's also auch nicht liegen.
Bliebe ja nur die Belichtungszeit... Aber bei so'n Rauschen wie beim Mond hab ich eigentlich nicht mal, wenn ich Nachtaufnahmen mit mehreren Sekunden Belichtung mache.
Auch ich habs mir durchgelesen. :)
Somit ist es doch eine größere Anzahl von Verrückten. ;)
Lothars Idee ist gut.
Wir haben doch auf der Homepage so eine Tipp-Unterpage.
Kann man es da nicht unterbringen?
Servus André,
ich weiß ja nicht, welche Kamera Du verwendest und wie groß deren Bildsensor im Verhältnis zur Pixelanzahl ist.
Aber grundsätzlich hilft die Außentemperatur nicht automatisch, das Rauschen zu minimieren. Der Tipp mit dem Kühlschrank ist also durchaus ernst gemeint. Es brauch schon seine Zeit, bis die Kälte bis zum Sensor durchdringt.
Wenn Du das gleiche Bild mit einer analogen Kamera gemacht hättest, dann würdest Du feststellen, dass dieses Rauschen nicht vorhanden ist. Liegt einfach am Aufbau der Filmemulsion, die Streulicht weit mehr eliminiert als der Bildsensor der Digitalen.
Das Problem, Deiner Digitalen ist der hohe Kontrast zwischen dem überwiegend schwarzem Himmel und dem hellen Licht des Modes. Da hat meine 20D auch große Schwächen im Vergleich mit meinen analogen EOS-Modellen.
Nun wäre es einfach, wenn der Mond eine einfarbige Scheibe wäre, Du würdest dann nur Rauschen am Rand der Scheibe feststellen. Der Mond hat aber Struktur, und die hat für den digitalen Sensor zu wenig Kontrast. Die Kamera möchte diese Struktur jedoch aufnehmen und reißt in diesen Bereichen den Verstärker voll auf, und das führt zu dem Rauschen.
So zumindest würde ich mir Dein Phänomen erklären. Ist lediglich meine persönliche Schlußfolgerung, nichts, was ich irgendwo mal gelesen oder gelernt hätte.
Kannst Du mit Deiner Kamera im RAW-Modus fotografieren? Das wäre mal ein Versuch wert.
Das ganze Rauschgedöns von oben ist zwar unabhängig vom Bildformat, das RAW ist aber ein 1zu1-Abbild Deines Sensors, während das jpg-Format in Deiner Kamera schon berechnet und gepackt wird. Dabei wird die Qualität zwangsläufig schon in der Kamera schlechter.
@Lothar und Dana: Wenn mein Geschreibsel brauchbare Informationen enthält, dann dürfen diese natürlich in jeder Form genutzt und weiterverwendet werden
Fred
Uwe Hennig
26.11.07, 16:50
vielen Dank, für die Ausführungen! Sehr hilfreich, sollte wirklich abgespeichert werden.
Lothar Franz
26.11.07, 18:01
@Lothar und Dana: Wenn mein Geschreibsel brauchbare Informationen enthält, dann dürfen diese natürlich in jeder Form genutzt und weiterverwendet werden
Fred
Man hätte noch einen kleinen Abstecher in die Quantenmechanik und
Betrachtung des Wellen- und Teilchencharakters der Lichtquanten
machen können und kurz auf ihr Aufschlagen mit Lichtgeschwindigkeit
auf die Sensorberfläche verbunden mit den damit einhergehenden
Wechselwirkungen machen können. Aber für's Fußvolk ist das so wie
geschrieben sicherlich ausreichend. ;D ;D ;D
Ich denke, Micha sollte es in die Tipps integrieren, was du geschrieben hast.
@ fred-art: Ups, dachte, ich hätte das geschrieben... Hab die Lumix FZ50 von Panasonic mit 1/1,8"CCD.
Ja, in RAW kann ich damit fotografieren, kann ich das nächste Mal ja probieren.
Mich wunderte halt einfach nur, dass bei der Umstellung von F3,7 und 1/500sec Belichtungszeit zu F11 und 1/125sec sich das Rauschen so sehr verstärkt. Und da das verrauschte Bild nach dem rauschfreien entstand, und niedrige Temperaturen im Allgemeinen eher helfen, das zu verhindern, kann es die Sensortemperatur ja eigentlich nicht sein... Und innerhalb von 5 Bildern kann der ja auch nicht so viel wärmer werden :-/
Ich gucke einfach mal, ob ich das Phänomen in Zukunft nochmal beobachte. Danke erstmal für deine Hilfe :)
Hallo André,
ich habe es fast befürchtet. Die FZ50 hatte ein Freund mit, als wir zusammen 2006 durch Rumänien gefahren sind. Von daher kenn ich sie ein wenig und hab sie damals auch mit meiner 20D vergleichen können.
Die Optiken fand ich hervorragend, den lichtstarken Zoombereich ebenso und weil es ja eine Bridge-Kamera ist, hatte mein Freund im Gegensatz zu mir keinerlei Probleme mit Sensorflecken. Wo man das Objektiv nicht abmachen kann, da kommt auch kein Staub rein.
Einziges Manko, für ihn ebenso wie für mich ist eben der CCD-Sensor.
Ich möchte es mal ins Verhältnis setzen:
Eine Vollformatkamera besitzt einen Bildsensor mit einer Größe von 24x36mm, was einer Bilddiagonale von 43,3 mm entspricht. Die ersten Vollformatkameras hatten dabei ca. 6 Megapixel auf dem Sensor.
Meine EOS 20D hat einen Bildsensor mit einer Größe von 22,5x15mm, das entspricht einer Diagonale von 27,1mm oder einem CropFaktor von 1,6 Dabei hat diese schon 8,2 Megapixel auf einer Fläche, die um das 1,5fache kleiner ist als das Vollformat.
Deine FZ50 nun hat einen Bildsensor mit einer Größe von 7,2x5,3mm, das entspricht einer Diagonalen von sage und schreibe 8,9mm, was einem Cropfaktor von 4,9 entspricht. Dabei hat sie aber 10Millionen Pixel auf dem Sensor.
Meine 20D hat also nur 82% der Bildpunkte wie die FZ50, die Fläche, auf der sich diese verteilen ist aber 3mal so groß.
Weil diese vielen Fotodioden auf der kleinen Fläche eng aneinanderkuscheln wird denen auch schnell warm - evtl. auch bei 5 Auslösungen.
Betrachten wir nun mal Deine unterschiedlichen Einstellungen. Zuerst die Blende: Blende 3,7 zu Blende 11 sind 4 2/3 Blendenstufen, der Einfachheit halber runde ich mal auf auf 5 Blendenstufen. Eine Blendenstufe öffnen entspricht der doppelten Lichtmenge, die auf den Sensor fällt. Bedeutet in Deinem Fall, dass sich die Lichtmenge zwischen Versuch 1 und 2 um ca. 90% verringert. Die Zeit hast Du dabei vervierfacht - in der längeren Zeit schaffen es also viermal so viele Photonen, auf dem Sensor zu landen.
Wenn ich die beiden Faktoren nun zusammenrechne, dann hast Du bei der Einstellung 2 nur 40% so viel Licht auf dem Sensor wie bei der ersten Einstellung (die Veränderung der Brennweite und deren Einfluß auf das Ergebnis ist marginal und hier nicht berücksichtigt).
Somit kommt für das Rauschen wohl eher das Aufregeln des Verstärkers in Betracht als der Temperaturanstieg des Sensors.
Abhilfe schafft hier eine weitere Verlängerung der Verschlußzeit auf 1/50 sek. um auf ein Ergebnis zu kommen, was in etwa dem Rauschen Deiner Einstellung 1 betrifft - rein theoretisch gerechnet. Wäre mal spannend, ob das in der Praxis auch so ist. Denn, auch wenn wir das hier vernachlässigt haben, das thermische Rauschen wirkt sich bei diesem Motiv mit Sicherheit aus.
Fred
Achso, du meinst also, weil nur 40& des Lichts eingefallen ist, hatdie Kamera intern die Signale verstärkt (und somit das Grundrauschen auch gleich mit), um das Bild in der Helligkeit hinzubekommen?
Ich dachte aber, dass diese Verstärkung nur bei der Erhöhung des ISO-Wertes zum Tragen kommt?
PS: Ich finde, es ist gut, dass sich meine Fotodioden bei der Kälte schön aneinander kuscheln können, sonst würden die ja frieren :(
Grundsätzlich stimmt es natürlich, dass Du den Verstärkungsfaktor mit der ISO-Zahl festlegst.
Aber wie ich weiter oben schon schrieb: Wenn ein jpeg-Bild rauskommen soll, dann muß die Kamera dazu etwas leisten, das unterscheidet die analoge von der digitalen, erstere lässt das Material so, wie es ist (RAW ist nichts andereres als ein digitales Negativ).
Um ein jpeg zu erzeugen wird ie Kamera also loslegen, das RAW aus dem Sensor laden und mit Hilfe prozessorinterner Software optimiert und hinterher komprimiert. Diese Algorhytmen wissen nicht, ob Du ein Blümchen vor der Linse hast oder den Mond, sondern suchen nach Farb- und Kontrastunterschieden und versuchen diese zu optimieren. Ähnlich wie wir manuell eine Unschärfemaske einsetzen, macht das der Prozessor auch, nur nicht per visuellem Feedback, sondern eben nur so, wie es einprogrammiert wurde, also bei jedem Bild gleich.
Während der Bildsensor in der Regel mit 16 Bit arbeitet, hat ein jpeg nur eine Farbtiefe von 8 Bit, der Rest wird verworfen, bei jeder Komprimierung gehen nochmals ca. 20% an Qualität verloren (Das kann man übrigens leicht ausprobieren: Einfach mal ein jpeg mit EBV öffnen, als jpeg speichern, wieder öffnen .. speichern... Irgendwann sieht man, wie das Bild mit jedem Speichervorgang schlechter wird).
Zurück zum Bild: Der Kontastumfang von tiefschwarz bis fast reinweiß ist eine Herausforderung für den internen Algorhytmus. Ähnlich wie ein LowKey entspricht es nicht dem, was der Kamera als 'perfekt belichtet' einprogrammiert wurde.
Und das lässt den Verstärker hochregeln, der dann wiederum die Toleranzen multipliziert.
Fred
Ich finde, es ist gut, dass sich meine Fotodioden bei der Kälte schön aneinander kuscheln können, sonst würden die ja frieren
Na ja, es soll Leute geben, die auchKälte genießen können ;D
Ah, also muss ich mit der "Venus-Engine" der FZ50 meckern ^^
Also alles in allem kann man dann sagen, dass das Rauschen durch die Wahl einer kleineren Blende und der dadurch geringeren Lichtmenge, die auf den Sensor trifft, wodurch die Kamera intern zu viel nachregulieren muss, hervorgerufen wird?
Tritt das dann am Tag bzw bei optimalen Lichtbedingungen auch in der Form auf?
goldhamster
26.11.07, 22:56
Ich darf mich jetzt zu den total durchgeknallten zählen - Hab bis hierhin alles gelesen...
Aber ich muss sagen das ist hoch interessant!
Danke Fred - und, ähm, aus Interesse, was war das denn für'ne Diplomarbeit?
lg sandro
Hallo André,
von den Grundlagen in meinem ersten Post mal abgesehen, hab ich mich ganz speziell auf Dein gepostetes Motiv bezogen.
Sooo gut kenn ich die Kamera nun auch nicht, um Dir genau sagen zu können, wie sie sich so verhält. Eins sollte aber klar sein. Wenn das Histogramm eine gleichmäßige Verteilung aller Helligkeitswerte aufweist, dann wird das Rauschen weit weniger sichtbar sein, das ist bei meiner Kamera nicht anders. Je mehr Du Dich mit den Einstellungen von 'normal' entfernst, umso fehlerhafter wird das Ergebnis der kamerainternen Algorhytmen werden, denn die sind auf 'Normalität' ausgelegt.
Ich weiß nicht, inwieweit Du den Aufbau von Bildsensoren kennst. Es gibt meines Wissens nach 3 verschiedene Technologien, die gebräuchlichsten sind die mit dem Bayer-Filter. Aber das wäre ein neues Thema. Nur soviel: Beim Sensor mit Bayer-Filter hast Du doppelt so viele grüne Fotozellen wie rote und blaue. Das führt natürlich auch dazu, dass einzelne Licht-Wellenlängen stärkeren Einfluß nehmen als andere und das wiederum lässt das Ergebnis auch ein wenig abhängig werden vom Motiv, bzw. dessen Farbigkeit.
Deine Kamera ist an sich ein wirklich klasse Konzept mit ner Menge Leistung. Einziges Manko ist - meiner Meinung nach - der viel zu kleine Bildsensor. Der drückt leider ein Stück weit die ansonsten herausragende Qualität der FZ50.
Das alles ist natürlich nur mein persönliches Empfinden uns sicherlich sehr subjektiv.
Ich bin nur Freizeitfotograf, entsprechend lückenhaft ist auch mein Wissen.
Auch meine 20D hat ne Menge Schwächen - um diese zu finden und zu kompensieren hilft nur: Bewußt zu fotografieren und hinterher zu analysieren und mit dem Wissen die Schwächen zu kompensieren.
@Sandro: Die Digitalisierung analoger Werte in der Nachrichtentechnik ;D
Fred
goldhamster
27.11.07, 19:26
Klingt gut! Kann man die einsehen? Wäre da nicht abgeneigt um nicht zu sagen brennend interessiert...;D
lg sandro
Hmmm, läuft zwar ins OffTopic, aber was soll's.
Ich weiß nicht, ob die Dich wirklich weiter bringt. Die habe ich 1986 verfasst, also schon etwas antiquiert. Digital habe ich sie auch nicht mehr, nur als Buch.
Wenn Du daran wirklich Interesse hast, dann muß ich mal meine Umzugskartons durchwühlen, wo das Zeugs drin ist, was ich die letzten 3 Umzüge nimmer rausgenommen hab.
Fred
goldhamster
27.11.07, 22:43
Wenn das so ist, erspar ich dir das. Schade eigentlich, dass das so schnell veraltet, das Wissen über moderne Technik...
Aber trotzdem schön können wir hier von dem noch aktuellen profitieren.
Danke anyway
lg sandro
Hallo Sandro,
na ja, gerade in der Elektronik und Nachrichtentechnik tut sich halt extrem viel.
Was sich nicht ändert, sind die Grundlagen, die sind auch heute noch gültig. Ich schätze mal, ein Viertel meines Werkes von damals handelt davon.
Wenn Du aber zum Vergleich nimmst, dass damals gerade mal ein 286-Rechner aktuelle war, 1986 der 386SX auf den Markt kam, und Du das mit der heutigen EDV-Technologie vergleichst, dann kannst Du Dir vorstellen, was sich zwischenzeitlich getan hat. Hat man damals noch versucht, anhand der 'sukkzesiven Approximation' eine Näherungsmessung mit maximal 5 Schritten (bei 8 Bit) zeitlich zu minimieren, so hat mein heutzutage 64 Bit, was schon wieder mehrere Hundert Schritte erfordern würde, um auf die gleiche Genauigkeit zu kommen - zeitlich undenkbar.
Es gibt mittlerweile logische Bausteine mit Algorhytmen drin, die das schneller können (z.B. Fuzzy Logic, die damals gerade für die Nachrichtentechnik entdeckt wurde).
Also, wenn Du an Grundlagen und nostalgischem Wissen Interesse hast, dann such ich Dir mein Büchlein gerne raus. Früher war ich ganz stolz darauf und hab es jedem auf's Auge gedrückt, ob er wollte oder nicht. Mittlerweile gibt es so viele Publikationen von mir, dass sich das Ganze sehr relativiert hat ;)
Was mich interessieren würde: Wenn Du ein Bild in 'Gestaltung' abgeben mußt, was studierst Du denn überhaupt? Bei meiner 'elektronischen' Ära war Bildgestaltuin sowas von überhaupt nicht gefragt ...
Fred
goldhamster
01.12.07, 11:47
Nun, ich studiere sehr viel... Aber nicht an einer Uni... Nein, ich mache erst die Matura mit Schwerpunkt Biologie und Chemie (entspricht in etwa dem Abi mit Leistungsfach in Deutschland). Da bei uns alle Fächer benotet werden zählt halt Bildnerisches Gestalten genauso dazu wie Deutsch, Mathematik, Chemie, Religion und Sport etc.
Grundlagen sind Immer interessant! Also sehr gerne wenn es nicht zuviel Arbeit macht!
lg sandro
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