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Rango dinámico y relación señal-ruido (SNR)
marisljo:
Muchísimas gracias Gui, te lo curras muchísimo y es un lujazo contar contigo, hayá donde posteas se torna interesante el hilo... gracias de nuevo.... :)
pep33:
He tomado este parrrafo de un magnifico articulo de Efrain Garcia y Ruben Osuna porque me extraña de la 1ds nueva de 23 mp, tenga mejor ratio señal-ruido que la 5d p.ej:
"La razón señal-ruido y el tamaño de los fotocaptadores.
La siguiente pregunta es si hay alguna diferencia en la fotografía obtenida a partir de dos sensores de diferente tamaño pero igual número de píxeles (por ejemplo, la Nikon D2X y la Canon 5D). Dejando a un lado las diferencias que acabamos de analizar, el sensor más grande tendrá fotocaptadores más grandes, lo que tiene ventajas.
Es sabido que hay una relación entre el tamaño de la superficie realmente sensible a la luz de las celdillas del sensor (->) y la razón señal-ruido (signal-to-noise ratio, SNR). El ruido depende de varios factores (->), uno de los cuales, muy importante, viene determinado por el tamaño de las celdillas que captan la luz. Los fotones capturados por un CCD siguen una distribución aleatoria de Poisson (->). Por tanto, la raíz cuadrada del número de fotones captado es ruido, es decir, fotones que han caído en la celda por error. Es lo que se conoce como 'photon noise' o 'shot noise'. El tamaño de la celda determina el número de fotones capturado en un período determinado, y cuantos más fotones atrapemos mayor será la razón señal-ruido. En efecto, si se capturan 400 fotones, 20 serán ruido (5% del total), y la razón señal ruido será de 400/20=20. No obstante, si la captura es de sólo 16 fotones, 4 serán ruido (el 25%), y la razón señal-ruido será igual a 16/4=4, mucho menor (véase esta interesante página de Roger N. Clark para una explicación más técnica y detallada). Cuando aumentamos la ISO lo que hacemos es interpretar la fotografía a partir de menos fotones capturados, amplificando y por eso la calidad de la imagen se degrada. El 'photon noise' no es el único origen del ruido finalmente observado, pero sí impone una fuerte restricción a nuestras posibilidades de preservar la SNR cuando reducimos el tamaño de los fotocaptadores. Otras dos causas importantes de ruido están relacionadas con la conversión analógico/digital ('read noise') y con la temperatura del sensor ('thermal noise'). Véase este este documento técnico de Kodak para un listado exhaustivo de las causas del ruido en los CCDs.
Hay que decir aquí que los cálculos de tamaño del "píxel" que solemos dar sólo establecen la correspondencia entre el número de píxeles (o de celdillas con un fotosensor) y la superficie total del sensor. La superficie realmente recolectora de luz es menor, pues parte del espacio reservado a cada píxel está ocupado por circuitería electrónica. La superficie realmente sensible a la luz es variable, y depende del diseño de cada sensor, siendo el dato realmente determinante para la razón señal-ruido. No obstante, el tamaño de la celdilla es la mayor restricción a la hora de determinar la superficie fotosensible de un sensor, por lo que se puede establecer una relación directa entre ésta y la razón señal-ruido.
Una cámara es un sistema integrado (->), y hay que buscar un equilibrio entre todos sus componentes. ¿Resolución o limpieza de la foto? Ambas están ligadas mediante una relación inversa, pues el ruido a ISOs altas llega a destruir detalle que el sensor capta a ISOs bajas (cosa que ocurría también con la película, y en mucha mayor medida), y lo mismo ocurre con la rendición del color, que empeora en presencia de ruido. El progreso técnico va modificando esa frontera de posibilidades tecnológicas.
Para cada estado de la tecnología hay un conjunto de combinaciones posibles, de entre las que podemos elegir. La Nikon D2X, por ejemplo, ofrece una excepcional capacidad de captar detalle (véase la foto del graderío), si bien el ruido se hace aparente a ISOs iguales o superiores a 800. Eso es producto de una elección, como otra cualquiera. En cambio, hemos conocido cámaras con un amplísimo rango de sensibilidades y muy bajo ruido, pero a cambio de una resolución también muy baja (véase la antigua Kodak DCS620x). Se viene operando sobre varias de las causas del ruido, aunque este avance se hace cada vez más costoso y más lento"
saludos.
Guillermo Luijk:
pep, el artículo de Emil explica esto muy bien, de verdad que vale la pena leerlo entero porque no hay un solo párrafo de paja. Tal como yo lo veo:
- Hay que tener en cuenta por un lado que el ruido fotónico predomina como fuente de ruido en las altas luces, y por tanto no es el más determinante en la S/N en las sombras que es la que determina el rango dinámico discutido aquí.
- Por otro lado la gráfica que muestro ya aplica la corrección por el número de píxels (es decir, si una cámara tiene mayor número de píxels que otra su S/N es corregida al alza para que la comparación sea justa a efectos de un usuario fotógrafo). Sin esa corrección la S/N por píxel en las sombras de la 1Ds3 es muy similar a la de la 5D (si quieres esta noche pongo la gráfica sin la corrección).
- Por último, la 1Ds3 tiene una mayor eficiencia de captación de fotones por unidad de superficie del sensor (Tabla 1 de Emil): 0.061 la 5D vs 0.098 la 1Ds3, es decir un 61% mayor. La de la 5D es de las más bajas, inferior incluso a la de la 350D (0.064).
Lo juntas todo (que el ruido fotónico no es el más crítico para el rango dinámico, que se ha aplicado la corrección por el número de Mpx totales y que el sensor de la 1Ds3 es más eficiente por unidad de superficie), y el resultado es que la 1Ds3 cuesta lo que cuesta por algo.
El último factor (la eficiencia) creo que en realidad no afectaría al cálculo del rango dinámico porque para realizar dicho cálculo se establece la S/N en función del nivel de señal logrado, y que una cámara logre antes que otra (es decir con una menor necesidad de fotones incidentes) dicha exposición en realidad no influye en la S/N lograda.
Salu2
montesino:
Pero a efectos prácticos, bastantes fotografos están revelando algunos de los raws de la 1ds III a la mitad de resolución por problemas de tamaño y eficiencia del revelador, en esos casos ¿la canon tendría menos ruido que una D3 a toda resolución, por ejemplo?
Guillermo Luijk:
--- Cita de: montesino en Junio 03, 2008, 18:04:55 ---Pero a efectos prácticos, bastantes fotografos están revelando algunos de los raws de la 1ds III a la mitad de resolución por problemas de tamaño y eficiencia del revelador, en esos casos ¿la canon tendría menos ruido que una D3 a toda resolución, por ejemplo?
--- Fin de la cita ---
claro, precisamente ésa es la corrección que introduce la resolución del sensor. Al reducir el tamaño mejora la relación señal a ruido, es decir, disminuye el ruido visible, en el mismo factor en que la imagen es reescalada.
Cuántas veces no hemos visto imágenes reescaladas para web totalmente aceptables, pero que en su revelado original en un recorte al 100% estaban llenas de ruido?
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