Speilreflekskongen er tilbake

[Sutekh]

For å sette litt størrelser på forbedringspotensialet: Forutsatt at pikslene ikke går i metning kan signalet forbedres med:

- Fjerne fargefilteret (potensielt en dobling av signal)

- Forbedre mikrolinsene. De er omtrent 90% effektive i dag så potensialet er ca 10%.

- Forbedre andre tapskilder i sensoren som går under samlebegrepet kvanteeffektivitet. Denne varierer mellom ca 70 og 95% i dag avhengig av bølgelende så det er ikke veldig mye å hente her heller.

Bemerk at veldig mye av dette forbedringspotensialet ikke er mulig å gjøre noe ut av uten en eller annen form for materialteknisk revolusjon. Du klarer ikke å gjøre mikrolinsene noe bedre uten å finne et annet materiale å lage dem av.

 

Jeg er litt spent på hva man kan oppnå med metamaterialer i filter-biten av en bildesensor, men det er nok en del år igjen før vi ser kommersielle bruksområder for det. "Svart silisium" er også noe jeg synes virker veldig interessant. Det har nok først og fremst potensiale til å øke effektiviteten til solceller, men mulig det gir åpning for økt kvanteeffektivitet på de laveste bølgelengdene for fotosensorer også.

[Simen1]

Jeg liker å forklare mikrolinser med regnbøtte-analogien. Tenk at rør og ventiler tar opp plass mellom bøtteradene så bøttene ikke kan stå helt kant i kant. Mikrolinser fungerer som kvadratiske trakter som står kant i kant over bøtteradene. Uten mikrolinser faller ca halvparten fotonene mellom bøtteradene og forsvinner som varme. Traktene hever fyllfaktoren fra ca 50% til 90-95%.

 

Dette startet vel med at xRun siterte en påstand fra ryktesider om at ISO 1600 på GH5 skulle gi like lite støy som ISO 800 på GH4. Jeg svarte med at dette måtte bety enten monokrom (som gir nettopp en slik effekt) eller at det er jpeg, men et bilde som er prosessert med ~1 trinn mer støy- og detalj-fjerning enn GH4. Selv teoretisk perfekte mikrolinser (100% effektive i stedet for 90%) vil ikke være i nærheten av å kunne oppfylle ryktepåstanden.

 

Med nærmere ettertanke går det også an å oppfylle dersom eksponeringen er så mørk at signalet er for eksempel 16 elektroner per piksel (4 elektroner RMS) og lesestøyen forbedres fra for eksempel 6 til 1 elektron per piksel RMS. Altså et signal på 16 og en total støy på 10 elektroner som reduseres til 5 og dermed en SNR som øker fra 1,6 til 3,2. Altså praktisk talt svarte bilder eller skyggeområder som må løftes kraftig for å bli synlig.

Endret 13. september 2016 av Simen1

[ATWindsor]

 

Jo, med perfekte linser vil mengden lys være ene og alene bestemt av arealet på linsene.

...

 

Og hva tenker du at de mikrolinsene skal lede lyset til? Du vet hva mikrolinser er, ikke sant? Det er en matrise av mikroskopiske linser, en for hver fotodiode, som har som funksjon å lede lyset vekk fra kretsbanene mellom fotodiodene og inn til selve fotodioden.

 

Mikrolinsene er en del av hele pakken som utgjør sensoren, sammen med fargefilter, evt. AA-filter og selve det lysfølsomme substratet. Arealet av mikrolinser er direkte proporsjonalt med arealet av sensoren som helhet.

 

Eller snakker du om objektiver og ikke mikrolinser når du snakker om "perfekte linser"?

 

 

Det er ingenting som tilsier at en mikrolinse ikke kan være vesentlig større enn dioden den leder lyset til, om man antar perfekte linser.

 

AtW

[ATWindsor]

 

Så la oss si 60% da, selv med 60% og hele sensoren kun brukt som sensor, så kan det bli bedre

Ja, ved å fjerne fargefilteret. Som faktisk står for mesteparten av de 40-50% av lys som går tapt. Med andre ord, en monokrom sensor, eller en helt ny type fargesensor (noe tilsvarende foveon, men med effektivitetstall som i hvert fall kan sammenlignes med dagens konvensjonelle CMOS-teknologi.

 

 

Det er ikke det eneste som kan forbedres, og som du selv er inne på, så er ikke alternativet til dagens fargefilter nødvendigvis en monokrom sensor.

Men etter mye om og men, så virker det jo som folk egentlig er enig. Det er forbedringspotensial med en gitt sensorstørrelse. Skjønner ikke helt hvorfor det har vært så mye å protestere på egentlig.

 

AtW

[ATWindsor]

 

 

Jeg er litt spent på hva man kan oppnå med metamaterialer i filter-biten av en bildesensor, men det er nok en del år igjen før vi ser kommersielle bruksområder for det. "Svart silisium" er også noe jeg synes virker veldig interessant. Det har nok først og fremst potensiale til å øke effektiviteten til solceller, men mulig det gir åpning for økt kvanteeffektivitet på de laveste bølgelengdene for fotosensorer også.

 

 

Personlig tror jeg det som vil gjøre størst praktisk forskjell, og som virker oppnåelig innen overskuelig framtid er en kontinuerlig integrering av informasjon, som er individuell per sensor. Det kan gi et vesentlig bedre praktisk resultat.

 

AtW

[tow]

 

Det er ingenting som tilsier at en mikrolinse ikke kan være vesentlig større enn dioden den leder lyset til, om man antar perfekte linser.

 

Selvsagt, men har du en sensor på 24 Mpix kan uansett ikke hver mikrolinse være større en 1/24 mill av størrelsen på sensoren. Skal du da ha større mikrolinser må du pent bruke en større sensor. I da er vel størrelsen i det tilfellet rundt 0,9/24 mill av størrelsen på sensoren. Forskjellen opp til det teoretisk mulige er ikke mange bit, for å si det sånn. 

[ATWindsor]

 

 

Det er ingenting som tilsier at en mikrolinse ikke kan være vesentlig større enn dioden den leder lyset til, om man antar perfekte linser.

 

Selvsagt, men har du en sensor på 24 Mpix kan uansett ikke hver mikrolinse være større en 1/24 mill av størrelsen på sensoren. Skal du da ha større mikrolinser må du pent bruke en større sensor. I da er vel størrelsen i det tilfellet rundt 0,9/24 mill av størrelsen på sensoren. Forskjellen opp til det teoretisk mulige er ikke mange bit, for å si det sånn. 

 

 

Jo, det kan den. Det er ingenting som tilser at linsjen ikke kan være større enn sensoren.

 

AtW

[Simen1]

Det er ingenting som tilsier at en mikrolinse ikke kan være vesentlig større enn dioden den leder lyset til, om man antar perfekte linser.

Det stemmer. Dioden kan i teorien være ekstremt mye mindre enn mikrolinsa. Microlinse-arrayet er derimot oppad begrenset til et totalt areal som er det samme som sensorstørrelsen og en fyllfaktor på 100%. Vi er allerede på maks teoretisk areal og ca 90% fyllfaktor. Du har helt rett i at det er et teoretisk forbedringspotensial der, men i praksis er skal det mye mer enn det til for å oppfylle påstanden i ryktene.

 

Personlig tror jeg det som vil gjøre størst praktisk forskjell, og som virker oppnåelig innen overskuelig framtid er en kontinuerlig integrering av informasjon, som er individuell per sensor. Det kan gi et vesentlig bedre praktisk resultat.

Om jeg forstår deg riktig: Video-opptak der man får en kontekst-bevisst betinget og bevegelseskompensert addering av signalet. I så fall er jeg helt enig. Med økende tilgang på prosesseringskraft (både absolutt og per Wh batteri) så vil det bli stadig mer av dette.

[polljen]

Og nok en gang tar "teoretikerene" over en tråd med masse preik, som går over hodet på de fleste av oss, og som ikke har noe som helst med hovedinnholdet i tråden å gjøre 

 

En ting er jeg relativt sikker på, det finnes ikke en eneste potensiell kjøper Canon 5d mark IV som vil bruke denne teoridiskusjonen som grunnlag for å avgjøre om det blir et kjøp eller ikke!

[Sutekh]

Det er ikke det eneste som kan forbedres, og som du selv er inne på, så er ikke alternativet til dagens fargefilter nødvendigvis en monokrom sensor.

Nei, men alternativet er en helt ny sensorteknologi, og det kan du banne på ikke dukker opp i GH5.

 

Jo, det kan den. Det er ingenting som tilser at linsjen ikke kan være større enn sensoren.

Hvordan i all verden tenker du å få det til? En eller annen pyramideformet struktur av hva som i praksis vil være fiberoptikk? Og hva i all verden er vitsen?

 

Igjen, det er snakk om en linse per fotodiode, så 24 millioner linser på en 24 MP-sensor. Det skal en skikkelig snodig konstruksjon til for å få et areal av mikrolinser som er større enn arealet av silisiumsubstratet.

[Simen1]

Jo, det kan den. Det er ingenting som tilser at linsjen ikke kan være større enn sensoren.

Vi snakker om mikro-linser, ikke micro-four thirds-"linser".

 

Mikrolinser er en del av pikselkonstruksjonen og ligger typisk en kvart mikrometer over fargefilteret og under AA-filteret og IR-filteret. Dette er én tett stabel som til sammen utgjør under 1 mm tykkelse fra bunnen av pikselkonstruksjonen til grensesjiktet mot luft (bak lukkeren). Én mikrolinse kan ikke være større enn én piksel-pitch, for da stjeler den lys fra nabopikslene og må overlappe deres mikrolinser. Apropos det, det finnes faktisk eksempler på mikrolinser der man ofrer lys fra nabopiksler for å gi mer lys til andre piksler i et slags sjakkmønster. Hensikten med det er å øke det dynamiske omfanget. Store mikrolinser for å fange skyggeområdene og små for å fange høylysene. Men det er ikke vanlig på fargesensorer (bayer, x-trans etc) fordi det gir problemer med aliasing som ikke lar seg kompensere i programvare.

 

Overdrevne dimmensjoner for å vise prinsipppet:

 

Her et virkelig tverrsnitt:

 

Hvis du tenker på å ha for eksempel et fullformat mikrolinse-array ca en sensorbredde foran en mFT sensor så betinger det at lyset faller veldig parallelt inn på mikrolinse-arrayet og at det er utformet som en fresnel-linse. For å få lyset til å falle inn parallelt nok må man sikkert ha en ekstrem brennvidde og ekstremt liten blender (noe a la 1000mm f/100 for eksemplet med fullformat mikrolinse og mFT sensor). Det går i hvert fall ikke med normal optikk. Med normal optikk og den konstruksjonen får man et lightfield-kamera. Et som bytter bort 2D oppløsning mot dybdeinformasjon akkurat som det kjente Lytro-kameraet. Skjønt de bruker en matrise av små linser som ikke er små nok til å bli kalt mikrolinser. Definisjonen på ordet tror jeg er så enkelt som at bredden på linsene måles i mikrometer (1-3 sifret).

Endret 13. september 2016 av Simen1

[ATWindsor]

 

Det er ikke det eneste som kan forbedres, og som du selv er inne på, så er ikke alternativet til dagens fargefilter nødvendigvis en monokrom sensor.

Nei, men alternativet er en helt ny sensorteknologi, og det kan du banne på ikke dukker opp i GH5.

 

Jo, det kan den. Det er ingenting som tilser at linsjen ikke kan være større enn sensoren.

Hvordan i all verden tenker du å få det til? En eller annen pyramideformet struktur av hva som i praksis vil være fiberoptikk? Og hva i all verden er vitsen?

 

Igjen, det er snakk om en linse per fotodiode, så 24 millioner linser på en 24 MP-sensor. Det skal en skikkelig snodig konstruksjon til for å få et areal av mikrolinser som er større enn arealet av silisiumsubstratet.

 

Som sagt flerer ganger nå, jeg tror heller ikke vi vil få en stop i forbedring.

 

Det har seg sånn at det slett ikke er unormal for linser å fokusere lys ned på et mindre areal enn arealet til linsen. Dette kan man gjøre med perfekte mikrolinser også. Og selvfølgelig blir konstruksjonen snodig, hele poenget er at om man regner med perfekte linser som utgagnspunkt for sine vurderinger, så får man snodige følger, som ikke nødvednigvis harmonerer med virkeligheten så godt.

 

AtW

[ATWindsor]

 

Det er ingenting som tilsier at en mikrolinse ikke kan være vesentlig større enn dioden den leder lyset til, om man antar perfekte linser.

Det stemmer. Dioden kan i teorien være ekstremt mye mindre enn mikrolinsa. Microlinse-arrayet er derimot oppad begrenset til et totalt areal som er det samme som sensorstørrelsen og en fyllfaktor på 100%. Vi er allerede på maks teoretisk areal og ca 90% fyllfaktor. Du har helt rett i at det er et teoretisk forbedringspotensial der, men i praksis er skal det mye mer enn det til for å oppfylle påstanden i ryktene.

 

 

Niks, arealet av mikrolinsene kan være større enn sensorstørrelsen. Bare tenk deg et perfekt forsørrelsesglass, alt lyset kan samles på et mye mindre areal enn størrelsen på glasset. Og så har man et slikt "forstørrelseglass" per diode.

 

AtW

[Sutekh]

Niks, arealet av mikrolinsene kan være større enn sensorstørrelsen. Bare tenk deg et perfekt forsørrelsesglass, alt lyset kan samles på et mye mindre areal enn størrelsen på glasset. Og så har man et slikt "forstørrelseglass" per diode.

Men hva er vitsen?

[Simen1]

Niks, arealet av mikrolinsene kan være større enn sensorstørrelsen. Bare tenk deg et perfekt forsørrelsesglass, alt lyset kan samles på et mye mindre areal enn størrelsen på glasset. Og så har man et slikt "forstørrelseglass" per diode.

Alle relevante mikrolinser her, er allerede større enn det aktive sensorarealet i hver piksel. Det er jo det som er hele poenget med de. Ref. trakt-analogien. Men de kan ikke være større en piksel pitch, uten å komme i konflikt med nabopikslenes mikrolinser. Avstanden mellom sensor og mirkolinsearray begrenser seg ikke nøyaktig til piksel pitch, men det er en "gråsone" eller tommelfingerregel at det ikke kan være nevneverdig større. Bryter man disse konstruksjonsprinsippene, for eksempel for å kunne sette et fullformat mikrolinse-array 1-2 cm foran en mFT-sensor så lager man enten et lightfield-kamera eller begrenser optikken til ekstrem tele med ekstremt liten blender for å gjøre "chief ray"-vinkelen så lik som mulig for alt lyset som faller inn.

 

Se det oppdaterte innlegget mitt med bilder.

 

For å ikke gå så voldsomt i sirkel her, se på Canon sine dual pixel. Tenk på det som én mikrolinse som dekker to piksler. Disse gjør intensiteten i lyset retningsavhengig. Er intensiteten lik så kommer lyset fra samme sted, ergo er det i fokus. Forskjellig intensitet tyder på at pikselen ikke er i fokus.

 

Det er forresten mye gøy man kan tenke seg med lightfield-teknikken, blant annet innen autofokus-teknikk og kanskje med en annen balansegang enn mellom dybdeinfo og arealinfo enn det Lytro valgte.

Endret 13. september 2016 av Simen1

[Knutgrus]

Og nok en gang tar "teoretikerene" over en tråd med masse preik, som går over hodet på de fleste av oss, og som ikke har noe som helst med hovedinnholdet i tråden å gjøre 

 

En ting er jeg relativt sikker på, det finnes ikke en eneste potensiell kjøper Canon 5d mark IV som vil bruke denne teoridiskusjonen som grunnlag for å avgjøre om det blir et kjøp eller ikke!

 

Jeg skummer over det her og vurderer om jeg skal google effekten av AA-filter som Canon bruker. Skal jeg virkelig gå over til Nikon?

 

Men hva er vitsen?

Er det ikke det dere diskuterer? Teknologier som forbedrer? Mer lys til hver sensor?

[ATWindsor]

 

Niks, arealet av mikrolinsene kan være større enn sensorstørrelsen. Bare tenk deg et perfekt forsørrelsesglass, alt lyset kan samles på et mye mindre areal enn størrelsen på glasset. Og så har man et slikt "forstørrelseglass" per diode.

Alle relevante mikrolinser her, er allerede større enn det aktive sensorarealet i hver piksel. Det er jo det som er hele poenget med de. Ref. trakt-analogien. Men de kan ikke være større en piksel pitch, uten å komme i konflikt med nabopikslenes mikrolinser. Avstanden mellom sensor og mirkolinsearray begrenser seg ikke nøyaktig til piksel pitch, men det er en "gråsone" eller tommelfingerregel at det ikke kan være nevneverdig større. Bryter man disse konstruksjonsprinsippene, for eksempel for å kunne sette et fullformat mikrolinse-array 1-2 cm foran en mFT-sensor så lager man enten et lightfield-kamera eller begrenser optikken til ekstrem tele med ekstremt liten blender for å gjøre "chief ray"-vinkelen så lik som mulig for alt lyset som faller inn.

 

Se det oppdaterte innlegget mitt med bilder.

 

For å ikke gå så voldsomt i sirkel her, se på Canon sine dual pixel. Tenk på det som én mikrolinse som dekker to piksler. Disse gjør intensiteten i lyset retningsavhengig. Er intensiteten lik så kommer lyset fra samme sted, ergo er det i fokus. Forskjellig intensitet tyder på at pikselen ikke er i fokus.

 

Det er forresten mye gøy man kan tenke seg med lightfield-teknikken, blant annet innen autofokus-teknikk og kanskje med en annen balansegang enn mellom dybdeinfo og arealinfo enn det Lytro valgte.

 

 

Man trenger hverken å ha linsene tett foran sensorene, eller ha paralell innstrålring med perfekte mikrolinser. Det er det som er hele poenget, en antakelse om perfekte linser fører til vurderinger som ikke nødvendigvis er riktig med dagens ikke-perfekte linser.

 

AtW

[ATWindsor]

 

Niks, arealet av mikrolinsene kan være større enn sensorstørrelsen. Bare tenk deg et perfekt forsørrelsesglass, alt lyset kan samles på et mye mindre areal enn størrelsen på glasset. Og så har man et slikt "forstørrelseglass" per diode.

Men hva er vitsen?

 

 

Om man kunne hatt perfekte mikrolinser? En fordel hadde jo vært at man hadde sluppet å legge mye mindre i objektivet. Men poenget var som nevnt ikke mer enn at slike antakelser om perfeksjon kan føre oss ut på vidda.

 

AtW

[Sutekh]

Man trenger hverken å ha linsene tett foran sensorene, eller ha paralell innstrålring med perfekte mikrolinser. Det er det som er hele poenget, en antakelse om perfekte linser fører til vurderinger som ikke nødvendigvis er riktig med dagens ikke-perfekte linser.

Hva legger du i så fall i "perfekt"? Selv om du kan oppnå akkurat riktig utforming og helt ønsket brytningsindeks, så må du fremdeles forholde deg til optikkens lover, som vil tilsi at lys som faller inn med en stor vinkel vil bli brutt slik at det treffer en annen fotodiode enn den mikrolinsen "tilhører".

 

Hvis du mener "perfekt" i betydning "leder alt lys der jeg ønsker at det skal gå", fullstendig uavhengig av fysikken i situasjonen, vel, da er du så langt ute på viddene at det ikke en gang er av akademisk interesse.

 

Jeg skal ikke se bort fra at det kan la seg gjøre å konstruere metamaterialer som gir forskjellig brytningsindeks avhengig av innfallsvinkelen, men jeg ser ikke helt hva man skal vinne på det sammenlignet med å bare ha et silisiumsubstrat av samme størrelse som mikrolinsematrisen.

[ATWindsor]

 

Man trenger hverken å ha linsene tett foran sensorene, eller ha paralell innstrålring med perfekte mikrolinser. Det er det som er hele poenget, en antakelse om perfekte linser fører til vurderinger som ikke nødvendigvis er riktig med dagens ikke-perfekte linser.

Hva legger du i så fall i "perfekt"? Selv om du kan oppnå akkurat riktig utforming og helt ønsket brytningsindeks, så må du fremdeles forholde deg til optikkens lover, som vil tilsi at lys som faller inn med en stor vinkel vil bli brutt slik at det treffer en annen fotodiode enn den mikrolinsen "tilhører".

 

Hvis du mener "perfekt" i betydning "leder alt lys der jeg ønsker at det skal gå", fullstendig uavhengig av fysikken i situasjonen, vel, da er du så langt ute på viddene at det ikke en gang er av akademisk interesse.

 

Jeg skal ikke se bort fra at det kan la seg gjøre å konstruere metamaterialer som gir forskjellig brytningsindeks avhengig av innfallsvinkelen, men jeg ser ikke helt hva man skal vinne på det sammenlignet med å bare ha et silisiumsubstrat av samme størrelse som mikrolinsematrisen.

 

 

Hvordan mener du optikkens lover tilsier det? Det er ikke bare brytningsindeksen som bestemmer hvordan en en lysstråle brytes i en linse.

 

AtW