Sensortyper og -størrelser
Grunnleggende om kamerasensorer
Kamerasensorer kommer i ulike teknologier og størrelser, og hver av dem har sine egne fordeler og begrensninger.
Hovedtyper av sensorteknologier
CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)
Mest vanlige type i moderne kameraer
Bruker mindre strøm enn CCD
Ofte raskere avlesningshastighet
Hvert piksel har egen konverteringskrets
CCD (Charge-Coupled Device)
Tidligere dominerende teknologi
Ofte bedre bildekvalitet ved lavere ISO
Mindre elektronisk støy
Høyere strømforbruk
Vanlige sensorstørrelser
Fra minst til størst:
1/2.3": Typisk i mobiltelefoner og kompaktkameraer
1": Premium kompaktkameraer
Micro Four Thirds (MFT): 17.3 x 13mm
APS-C: Ca. 23.6 x 15.6mm (Nikon, Sony) eller 22.2 x 14.8mm (Canon)
Full Frame: 35mm (36 x 24mm), tilsvarende 35mm film
Medium Format: Større enn full frame, vanligvis 44 x 33mm eller større
Hvordan sensorstørrelse påvirker bilder
Større sensor:
Mer lys fanges opp
Bedre ytelse i svakt lys
Mer detaljrikdom
Lavere dybdeskarphet (mer bakgrunnsuskarphet)
Mindre sensor:
Gir større dybdeskarphet
Lettere og mer kompakte kameraer
Ofte rimeligere
Kan gi mer støy i svakt lys
Sensorstørrelse er ofte en viktigere faktor for bildekvalitet enn antall megapiksler.
Dypere forståelse av sensorteknologier
CMOS-teknologi i detalj
Aktive pikselsensorer: Hver piksel har sin egen forsterker og støyreduksjonskrets
Global vs. rullende lukker:
Rullende lukker (vanligst): Leser sensoren linje for linje, kan gi forvrengning ved raske bevegelser
Global lukker: Leser hele sensoren samtidig, bedre for raske bevegelser
Backside Illuminated (BSI): Sensorer der ledningene er plassert på baksiden, som gir bedre lysoppfanging
Dual Native ISO: Noen nyere sensorer har to grunnleggende ISO-verdier for bedre ytelse over hele ISO-området
CCD-teknologi
Pikslene overfører ladning sekvensielt til en felles utgangsnode
Generelt bedre dynamisk område enn tidlige CMOS-sensorer
Fortsatt brukt i noen vitenskapelige og industrielle applikasjoner hvor bildekvalitet er viktigere enn hastighet
Spesielle sensordesign
Foveon X3
Fanger alle tre farger (RGB) ved hvert pikselpunkt
Ingen behov for Bayer-filter
Gir bedre fargeoppløsning og skarphet
Begrenset til Sigma-kameraer
Stacked CMOS
Separerer pikslene og prosessorelektronikken i ulike lag
Raskere dataoverføring
Bedre høyhastighetsytelse
Brukt i Sony Alpha-kameraer og nyere iPhone-modeller
Sensorstørrelser i sammenligning
1/2.3"
6.17 x 4.55
5.6x
Kompaktkameraer, smarttelefoner
1"
13.2 x 8.8
2.7x
Premium kompakt (Sony RX100)
Micro 4/3
17.3 x 13.0
2x
Olympus, Panasonic
APS-C (Canon)
22.2 x 14.8
1.6x
Canon EOS xxD, xxxD, M-serien
APS-C (Nikon/Sony)
23.6 x 15.6
1.5x
Nikon DX, Sony a6xxx
Full Frame
36.0 x 24.0
1x
Pro-kameraer, Sony a7, Nikon Z, Canon R
Medium Format
44 x 33 (varierer)
0.79x
Hasselblad, Fujifilm GFX
Pikselstørrelse og tetthet
Større piksler:
Fanger mer lys
Bedre signal-til-støy-forhold
Vanligvis bedre dynamisk område
Mindre piksler:
Tillater høyere oppløsning på samme sensorstørrelse
Kan fange finere detaljer hvis optikken tillater det
Vanligvis mer utsatt for støy i svakt lys
Pikselstørrelse måles i mikrometer (μm). Profesjonelle kameraer har typisk pikselstørrelser mellom 4-8μm, mens smarttelefoner ofte har 1-2μm piksler.
Avansert sensorteknologi og -fysikk
Sensorarkitektur og signalbehandling
Analog-til-digital konvertering (ADC)
Bit-dybde: Påvirker tonedynamikk
12-bit: 4,096 nivåer per fargekanal
14-bit: 16,384 nivåer per fargekanal
16-bit: 65,536 nivåer per fargekanal
On-chip vs. off-chip ADC: On-chip gir generelt raskere ytelse og mindre støy
Dual-gain ADC: Separat behandling av høye og lave lysnivåer for bedre dynamisk område
Fargeinterpolering (demosaicking)
Prosessen for å rekonstruere full fargeinformasjon fra Bayer-mønsteret
Avanserte algoritmer reduserer moiré og fargeartifakter
Påvirker opplevd skarphet og fargedetaljer
Kvantemekanikk i sensorer
Kvanteffektivitet (QE)
Prosentandelen av fotoner som konverteres til elektroner
Moderne sensorer: 50-80% QE (sammenlignet med film: typisk 2-10%)
Varierer med bølgelengde (farger)
Mikrolinser over pikslene øker QE ved å fokusere lys på de lysfølsomme områdene
Støymekanismer
Lesetøy: Elektronisk støy fra sensor-avlesning
Mørkestrøm: Termisk genererte elektroner, dobles typisk for hver 6-8°C temperaturøkning
Shot noise: Kvantestøy fra den statistiske naturen til fotoner
Fixed-pattern noise: Variasjoner mellom individuelle piksler
RTS (Random Telegraph Signal) støy: Fluktuasjoner i individuell pikselrespons
Sensorgrenser og tekniske innovasjoner
Diffraksjonsgrensen
Fysisk grense for oppløsning basert på bølgeegenskapene til lys
Matematisk definert som: 1.22 × λ × f-nummer
Piksler mindre enn ca. 2μm gir liten fordel med typiske objektiver på grunn av diffraksjonsgrenser
Moderne sensorkonstruksjoner
Copper wiring: Erstatter aluminium for redusert motstand og forbedret ytelse
Deep trench isolation: Fysiske barrierer mellom piksler for å redusere crosstalk
Dualhøyde pikselstrukturer: For å balansere dynamisk område og detaljer i høylys
Organiske fotodioder: Nyere teknologi med potensielt høyere QE og dynamisk område
Målinger og ytelseskarakteristikker
DxOMark sensorskårer
Industristandardmålinger for:
Fargedybde (bits)
Dynamisk område (EV, Exposure Value)
Lavlysytelse (ISO-verdi)
Støykarakteristikk
Read Noise Floor: Minimumsstøyen i sensoren, målt i elektroner (e-)
Full Well Capacity: Maksimalt antall elektroner en piksel kan holde før metning
Dynamic Range: Forholdet mellom maksimalsignal og støygulvet (typisk 12-15 stopp for moderne kameraer)
Spesialiserte sensorer for nisjebruk
Skannersensorer
Lineære sensorer som beveger seg over bildeplanet
Ekstremt høy oppløsning uten økning i sensorstørrelse
Brukt i medium- og storformatdigitalbakstykker (f.eks. Hasselblad/Phase One)
Vitenskapelige CMOS (sCMOS)
Ekstremt lav støy (under 1e- lesetstøy)
Høy bildehastighet
Høyt dynamisk område (opp til 30,000:1)
Brukt i mikroskopi, astronomi og bioteknologi
Praktiske øvelser for forståelse av sensorer
Øvelse 1: Sammenligne sensorer ved høy ISO
Finn to kameraer med forskjellige sensorstørrelser (f.eks. en mobiltelefon og et systemkamera, eller APS-C vs. full frame)
Sett opp identisk komposisjon med begge kameraer
Ta bilder med økende ISO-verdier (400, 800, 1600, 3200, 6400)
Sammenlign bildene på dataskjerm ved 100% forstørrelse
Observer forskjeller i støynivå, detaljbevaring og fargenøyaktighet
Noter hvilken ISO-verdi hver sensor begynner å vise uakseptabel støy
Øvelse 2: Utforske dybdeskarphet på tvers av sensorstørrelser
Bruk samme to kameraer med forskjellige sensorstørrelser
Tilpass brennvidden for å oppnå samme billedvinkel/utsnitt (f.eks. 35mm på full frame = ca. 23mm på APS-C)
Sett samme relative blenderåpning (f/4 på begge)
Fotografer et motiv med tydelig for- og bakgrunn
Sammenlign dybdeskarpheten i bildene
Prøv å finne hvilken blenderåpning på det mindre kameraet som vil matche dybdeskarpheten fra det større
Øvelse 3: Teste dynamisk område
Finn en høykontrastscene (f.eks. solnedgang eller et interiør med vinduer)
Ta samme bilde med ulike kameraer
I redigeringssoftware, prøv å gjenopprette detaljer i skygger og høylys
Vurder hvor mye informasjon som kan gjenopprettes før støy eller artifakter blir problematiske
For en mer kontrollert test, fotografer en gråskalachart eller fargetrapp under konsistente lysforhold
Øvelse 4: Pikselpeeping - Undersøke hvordan sensorer tolker detaljer
Fotografer et motiv med fine detaljer og teksturer med ulike kameraer
Zoom inn til 100% (1:1 piksler) i et bilderedigeringsprogram
Sammenlign hvordan ulike sensorer gjengir:
Tynne linjer
Repeterende mønstre
Hår og fine detaljer
Skarpe kanter
Se etter artifakter som moiré, fargefringing eller "false detail"
Prøv både standardinnstillinger og egne prosesseringsinnstillinger
Øvelse 5: Sensortesting under ekstreme lysforhold
Ta bilder i svært svakt lys med ulike kameraer
Bruk samme innstillinger (ISO, lukkertid, blenderåpning) hvis mulig
Hvis ikke mulig, juster for ekvivalent eksponering
Ta bilder i ekstremt høykontrastlige forhold (f.eks. direkte sollys med dype skygger)
Eksperimenter med eksponering for høylys vs. skygger
I redigeringsprogramvare, prøv å gjenopprette detaljer
Vurder hvilken sensor som håndterer disse ekstreme situasjonene best
Dokumenter funnene dine - hvor langt kan du presse hver sensor før kvaliteten blir uakseptabel?
Last updated