Какие факторы влияют на динамический диапазон датчика?

Question

Я понимаю, что такое динамический диапазон, но меня интересует, что позволяет различным датчикам увеличивать динамический диапазон по сравнению с другими датчиками.

Например, классическое объяснение сенсорного фотосайта состоит в том, что он похож на «ведро», которое заполняется фотонами. Значит ли это, что некоторые датчики имеют «более глубокие сегменты», чем другие, допускающие большую дисперсию. Или увеличение динамического диапазона всегда в тени? Является ли это прямым эффектом уменьшения шума / снижения минимального уровня шума, чтобы более низкие показания были более значимыми (потому что они не маскируются шумом).

Пожалуйста, помогите мне понять факторы, влияющие на динамический диапазон датчика.

Answer 1

Вместо того, чтобы учитывать глубину ковша, возможно, площадь поверхности может быть более подходящей, или, возможно, рассмотрим конусообразное ведро, где площадь поверхности и глубина связаны.

Фотоны на фотодетекторе, такие как дождь в ведре, имеют случайные отклонения, но чем больше область, которую вы отбираете, тем выше среднее значение, которое вы получите, поэтому у вас будет меньше случайного шума, и вы сможете точно лучше различать между тонкими вариациями, поскольку они, скорее всего, будут фактическими вариациями цвета, чем случайным шумом. На темном конце шкалы проблема заключается в относительно небольшом количестве фотонов, поэтому требуется меньше рассеянных, чтобы испортить среднее значение и вызвать шум. На светлом конце слишком много фотонов заполняет фотодетектор, и он достигает своего предела, и в результате вы получаете взорванные блики. Фотодетектор большего размера может поглощать больше фотонов, чем маленький, прежде чем он достигнет максимального электрического заряда, которого он может достичь.

Шкала ведра также имеет значение. Даже если у вас очень глубокая корзина, но у нее очень грубый масштаб, вы сможете представить только небольшой объем данных.

Некоторые более дешевые датчики иногда захватывают только 8 бит на канал RGB, даже если они разрешают RAW, в то время как 12 или 14 бит на канал являются общими для цифровых зеркальных камер. Каждый дополнительный бит удваивает градации по шкале, которую можно представить.

Представьте себе два ведра одинаковой глубины, но одно со шкалой в дюймах, а другое со шкалой в мм. При постобработке, когда вы растягиваете детали, ведро со шкалой в мм будет иметь гораздо больше информации - скажем, первый дюйм черный, это один цвет, но в этом же пространстве будет около 25 мм, то есть 25 различных оттенков. для более тонкой шкалы.

Вообще говоря, большие фотодетекторы и большая битовая глубина обеспечат вам больший динамический диапазон. Фотодетекторы большего размера для сенсора любого размера обеспечат вам более низкое разрешение в пикселях, так что здесь есть компромисс. Это одна из причин, по которой полнокадровые и среднеформатные датчики пользуются популярностью у профессионалов, поскольку у них на сенсорах имеются как большие фотодетекторы, так и множество, обеспечивающие превосходный динамический диапазон и высокое разрешение.

Answer 2

Кажется, вы поняли это правильно, поэтому я просто объясню в своих словах.

«Диапазон» в «динамическом диапазоне» относится к количеству доступного уровня между общим черным и общим белым. Используя аналогию с ведром, основные ограничения будут:

1. Некоторые ведра меньше, чем другие - устанавливает предел для белых
2. Некоторые корзины никогда не бывают пустыми (шум) - устанавливает ограничение для черных

Первое ограничение больше относится к цифровому формату хранения изображений, чем к качеству датчика, а второе зависит главным образом от качества датчика.

Теперь, поскольку качество датчиков в наши дни великолепно, большинство фотографов скажут вам, что если вам придется выбирать между недоэкспонированием и переэкспонированием, используйте первый, потому что уровень шума настолько низок, что вы можете фактически осветлить его после обработать и получить изрядное количество деталей.