Många (flera) pixlar inte alltid bara onödigt
- Trådstartare snabb kamera
- Start datum
elbe
Avslutat medlemskap
Ja de blir inte mindre skillnad än så hur jag än bär mej åt, bara större.
Det skulle vara roligt om Johan kom med några egna praktiska expirement utskrivna på papper, för de va väl där dom skulle jämföras!?, och redovisade här. Jag har snart "bränt" mina sista A6-papper och ser ingen större anledning att lägga mer tid, papper och färg på denna fråga.
Vad sen Sheehy, men sitt prov mellan 10D och den tre år yngre FZ50, och vad Martines teoretiskt resonerar om finns det väl kanske några teoretiska sanningar i. På en pappersbild idag, med de kameror som erbjuds på marknaden idag så tror jag det är sämre med dessa sanningar.
Från ljuset till papperet finns de många faktorer som spelar in. Pixelstorleken är bara en. G9ans luminansbrus i det här fallet t.ex. har ju någon orsak.
Delar f.ö. både Aspmans och Risedals uppfattning.
Johannes-S
Aktiv medlem
Den här tråden går alldeles för snabbt för mig...
Hur som helst, så vitt jag kan se har John haft rätt i det mesta han har skrivit*. Problemet med Mikael Risedals inlägg är att de går att tolka åt olika håll så det är svårt att avgöra exakt vad han menar. I praktiken är det nog oftast rätt att större pixlar, från samma sensorgeneration, ger något mindre brus i bilden som helhet. Men det beror inte på någon fundamental egenskap och inte att signalnivån är högre. Snarare har det med tekniska orsaker i hur sensorkretsarna är uppbyggda att göra. En inte oviktig egenskap är t ex hur snabbt man läser ut sensorn. Ju snabbare desto mer brus. Har man fler pixlar måste man läsa ut snabbare för att bibehålla en given bildtagningshastighet, och då kan det bli mer brus.
(*Exempelbilderna med gaussiskt brus borde kanske snarare haft en komponent gaussiskt läsbrus och en komponent Poissonfördelat fotonbrus, om rätt ska vara rätt. Inte för att det spelar så stor roll i praktiken.)
Hur som helst, så vitt jag kan se har John haft rätt i det mesta han har skrivit*. Problemet med Mikael Risedals inlägg är att de går att tolka åt olika håll så det är svårt att avgöra exakt vad han menar. I praktiken är det nog oftast rätt att större pixlar, från samma sensorgeneration, ger något mindre brus i bilden som helhet. Men det beror inte på någon fundamental egenskap och inte att signalnivån är högre. Snarare har det med tekniska orsaker i hur sensorkretsarna är uppbyggda att göra. En inte oviktig egenskap är t ex hur snabbt man läser ut sensorn. Ju snabbare desto mer brus. Har man fler pixlar måste man läsa ut snabbare för att bibehålla en given bildtagningshastighet, och då kan det bli mer brus.
(*Exempelbilderna med gaussiskt brus borde kanske snarare haft en komponent gaussiskt läsbrus och en komponent Poissonfördelat fotonbrus, om rätt ska vara rätt. Inte för att det spelar så stor roll i praktiken.)
photodo
Aktiv medlem
Is bigger verkligen better?
Oj, vågar man sig in denna debatt? Måste medge att jag inte läst alla inlägg på de 17 sidorna så det kan bli fel. Jag håller med John i mycket av det han hävdar. Men jag anser att han har några grundläggande fel. Vattenmätaren: Det är en bra liknelse med flera små mätare vars mätdata samlas in och jämförs med en stor mätare. Problemet är att när vi jämför en stor med flera små pixlar (samma yta) så finns det avgörande skillnader.
Först fillfactorn (för CMOS). Varje pixel har en liten elektronisk krets. Storleken på denna krets minskar inte med pixelstorleken. Fillfactorn minskar således med pixelstorleken.
Sedan DR. Den stora pixeln rymmer fler elektroner än den lilla. Det finns ett tydligt förhållande mellan kiselyta och antalet elektroner. OK, den större ytan träffas även av mer ljus, men å andra sidan så kan vi börja räkna elektroner i skuggpartierna tidigare än när vi använder små pixlar. DR blir högre med stora pixlar. För att återknyta till liknelsen med regnmätare, så blir det i praktiken så att de små regnmätarna fylls snabbare, de är inte lika höga. Om en veckas oavbrutet regn precis fyller den stora regnmätaren, så kanske de små regnmätarna är fyllda redan efter två dagar. Med små regnmätare vet vi exakt vad som hände de två första dagarna, men sedan vet vi inget om hur mycket det regnade. Här spelar det ingen roll om vi har en liten eller flera hundra små mätare. Med många små mätare kan vi reducera brus, men inte få ett lika stort DR som för den stora mätaren.
En kameratillverkare väljer att kalibrera sin kamera så att en pixel full med elektroner motsvarar en högdager i motivet vid lägsta ISO. När vi höjer ISO på kameran så ställer kameran in en mindre bländare och/eller en kortare slutartid. Mindre ljus träffar pixlarna. Färre elektroner bildas. Här hänger inte de små pixlarna med sin mindre DR med lika länge som större pixlar. Försök exponera en bild på 25600 ISO med en kamera med små pixlar så förstår du vad jag menar. Även om det skulle gå att ställa in ett så högt ISO-tal så skulle inte bilderna bli så kul. Gör samma sak med en Nikon D3.
Gimbal har en poäng i ett av sina inlägg (han har säkert fler poänger). Det var något om att göra en sensor med så små pixlar att de i princip var digitala – antingen ingen signal eller en foton. Fyll en sensorplatta med sådana pixlar. Man skulle kunna ta grafiska bilder vid exakt rätt exponering. Helt utan nyanser.
Så länge vi väljer ett ISO som de små pixlarna kan omfatta (lågt ISO) så kan man säkert få fram riktigt bra hyggliga bilder med samma sensoryta. Och det är väl det som är din poäng John. Ett överflöd av potentiell sensorupplösning. Diffraktionen över ytan blir densamma oavsett antalet pixlar.
Men varför? Varför skall vi ödsla med små pixlar när vi kan matcha pixelantalet med objektivets upplösning. Dyrare sensorer, större bildfiler, långsammare dataprocessande och minskade möjligheter till höga ISO.
Med en dåres envishet står jag fast vid mitt uttalande i Proffsfoto: Bigger is better! (eller hur det nu var).
Oj, vågar man sig in denna debatt? Måste medge att jag inte läst alla inlägg på de 17 sidorna så det kan bli fel. Jag håller med John i mycket av det han hävdar. Men jag anser att han har några grundläggande fel. Vattenmätaren: Det är en bra liknelse med flera små mätare vars mätdata samlas in och jämförs med en stor mätare. Problemet är att när vi jämför en stor med flera små pixlar (samma yta) så finns det avgörande skillnader.
Först fillfactorn (för CMOS). Varje pixel har en liten elektronisk krets. Storleken på denna krets minskar inte med pixelstorleken. Fillfactorn minskar således med pixelstorleken.
Sedan DR. Den stora pixeln rymmer fler elektroner än den lilla. Det finns ett tydligt förhållande mellan kiselyta och antalet elektroner. OK, den större ytan träffas även av mer ljus, men å andra sidan så kan vi börja räkna elektroner i skuggpartierna tidigare än när vi använder små pixlar. DR blir högre med stora pixlar. För att återknyta till liknelsen med regnmätare, så blir det i praktiken så att de små regnmätarna fylls snabbare, de är inte lika höga. Om en veckas oavbrutet regn precis fyller den stora regnmätaren, så kanske de små regnmätarna är fyllda redan efter två dagar. Med små regnmätare vet vi exakt vad som hände de två första dagarna, men sedan vet vi inget om hur mycket det regnade. Här spelar det ingen roll om vi har en liten eller flera hundra små mätare. Med många små mätare kan vi reducera brus, men inte få ett lika stort DR som för den stora mätaren.
En kameratillverkare väljer att kalibrera sin kamera så att en pixel full med elektroner motsvarar en högdager i motivet vid lägsta ISO. När vi höjer ISO på kameran så ställer kameran in en mindre bländare och/eller en kortare slutartid. Mindre ljus träffar pixlarna. Färre elektroner bildas. Här hänger inte de små pixlarna med sin mindre DR med lika länge som större pixlar. Försök exponera en bild på 25600 ISO med en kamera med små pixlar så förstår du vad jag menar. Även om det skulle gå att ställa in ett så högt ISO-tal så skulle inte bilderna bli så kul. Gör samma sak med en Nikon D3.
Gimbal har en poäng i ett av sina inlägg (han har säkert fler poänger). Det var något om att göra en sensor med så små pixlar att de i princip var digitala – antingen ingen signal eller en foton. Fyll en sensorplatta med sådana pixlar. Man skulle kunna ta grafiska bilder vid exakt rätt exponering. Helt utan nyanser.
Så länge vi väljer ett ISO som de små pixlarna kan omfatta (lågt ISO) så kan man säkert få fram riktigt bra hyggliga bilder med samma sensoryta. Och det är väl det som är din poäng John. Ett överflöd av potentiell sensorupplösning. Diffraktionen över ytan blir densamma oavsett antalet pixlar.
Men varför? Varför skall vi ödsla med små pixlar när vi kan matcha pixelantalet med objektivets upplösning. Dyrare sensorer, större bildfiler, långsammare dataprocessande och minskade möjligheter till höga ISO.
Med en dåres envishet står jag fast vid mitt uttalande i Proffsfoto: Bigger is better! (eller hur det nu var).
joand
Aktiv medlem
Re: Is bigger verkligen better?
Mätningar i verkligheten tyder på att det inte är någon stor effekt. Finns den så överskuggas den flera gånger om av den tekniska utvecklingen. Nyare modeller har större dynamik trots mindre pixlar.
Jag förstår inte vad du menar, såvida det inte återigen är sämre fillfactor du menar, vilket jag redan har kommenterat. Om det inte är det du menar så låter det fel.
Det råder ett gravt missförstånd här någonstans. En sensor som detekterar varje foton och dessutom exakt var på sensorn den träffar (infinitesimalt små pixlar och inget läsbrus) är teoretiskt perfekt. Den har inga "minskade möjligheter till höga ISO". Den kan inte bli bättre. Den slår alla existerande och alla framtidens kameror vid vilket ISO du vill. Orsaken borde vara lätt att inse: Den kastar inte bort någon information överhuvudtaget. Den levererar inte bilder "helt utan nyanser". Den skulle leverera teoretiskt perfekta bilder.
photodo
Aktiv medlem
DR begränsas i ena ändan av full well capacity och i den andra av brus. Man har på senare år minskat bottenbruset så att DR ökat för samma sensoryta. Men det finns en gräns då man inte längre kan minska bruset. Med mindre (inte färre) pixlar minskar också fwc och därmed DR. En stor pixel med modern brusreducering får högre DR än en liten. Även om man med flera små pixlar kan reducera bruset något.
Därmed inte sagt att DR inte kan ökas i framtiden med nya metoder. Men det borde, precis som Mikael påpekar, i så fall gälla såväl små som stora pixlar.
Fillfaktorn miskar med mindre pixlar. Och det är inte försumbart.
"Gravt missförstånd": Rent teoretiskt kan man tänka sig att bygga en sensor som är digital i ordet rätta bemärkelse (som Gimbal var inne på), med massor av minimala pixlar som antingen ger en signal eller inte, ungefär som en film. Silverkristallerna i en film reagerar på exponering. Antingen blir en kristall framkallningsbar eller också inte. För att skapa nyanser krävs en yta bestående av många kristaller. Är det det vill se i en digitalkamera? Jag tror inte det. Vi vill ha en kamera som omspänner många ISO-tal (=många olika exponeringar). Pixeln i sensorn är per definition analog medan silverkristallen är digital.
Därmed inte sagt att DR inte kan ökas i framtiden med nya metoder. Men det borde, precis som Mikael påpekar, i så fall gälla såväl små som stora pixlar.
Fillfaktorn miskar med mindre pixlar. Och det är inte försumbart.
"Gravt missförstånd": Rent teoretiskt kan man tänka sig att bygga en sensor som är digital i ordet rätta bemärkelse (som Gimbal var inne på), med massor av minimala pixlar som antingen ger en signal eller inte, ungefär som en film. Silverkristallerna i en film reagerar på exponering. Antingen blir en kristall framkallningsbar eller också inte. För att skapa nyanser krävs en yta bestående av många kristaller. Är det det vill se i en digitalkamera? Jag tror inte det. Vi vill ha en kamera som omspänner många ISO-tal (=många olika exponeringar). Pixeln i sensorn är per definition analog medan silverkristallen är digital.
StaffanW
Aktiv medlem
Man kan också se det som att små pixlar idag, är mycket bättre än stora igår.
Tex har senaste 450D med 12MP och väldigt små pixlar betydligt mindre brus än gamla D30 med 3MP. Trots att D30 har betydligt mycket större pixlar. Detsamma med 1DsMKI vs 1DsMKIII.
Generellt har väl varje nästa generation av kamera på DSLR haft mindre brus vid en viss förstoring (tex A4) än vad sin föregångare med större pixlar. Möjligtvis har vi nu nått gränsen om man jämför tex 450D vs 400D där slutbruset verkar vara närmast identiskt.
Tex har senaste 450D med 12MP och väldigt små pixlar betydligt mindre brus än gamla D30 med 3MP. Trots att D30 har betydligt mycket större pixlar. Detsamma med 1DsMKI vs 1DsMKIII.
Generellt har väl varje nästa generation av kamera på DSLR haft mindre brus vid en viss förstoring (tex A4) än vad sin föregångare med större pixlar. Möjligtvis har vi nu nått gränsen om man jämför tex 450D vs 400D där slutbruset verkar vara närmast identiskt.
joand
Aktiv medlem
Du kan inte bara anta att bottenbruset (läsbruset) är konstant och oberoende av pixelstorleken. Det tenderar normalt att minska när pixelstorleken minskar. Jag har tidigare visat att FZ50 per ytenhet har mindre än hälften av läsbruset jämfört med 1D3, trots mycket mindre pixlar.
Va? Det där var verkligen helt obegripligt. Det går alldeles utmärkt att skapa nyanser med den teoretiska sensor vid pratar om. Hur tror du att bläckstråleskrivare, även de med konstant droppstorlek, skapar nyanser? Denna teoretiska sensor spänner över alla ISO och exponeringar du vill. Med infinitesimalt små pixlar så kommer en överväldigande (en alldeles extremt stor majoritet till och med) att detektera 0 fotoner. Ju mer du exponerar desto fler pixlar detekterar en foton, men 99.999 (etc) procent detekterar fortfarande 0 fotoner.
photodo
Aktiv medlem
Re: Re: Is bigger verkligen better?
Det är lätt att slänga fram tvärsäkra påståenden John. Om man verkar tillräckligt säker på sin sak så kan en del läsare dessutom tro på dem. Vad är det för "teknisk utveckling" som flerfaldigt överskuggar den minskade fillfaktor som inte har "någon stor effekt"?
joand
Aktiv medlem
En 1D3-pixel rymmer ca 70000 elektroner, är 7.2 µ stor och har ett läsbrus på 23 elektroner. En FZ50-pixel rymmer ca 4800 elektroner, är 2 µ stor och har ett läsbrus på 2.3 elektroner. Skalar vi upp FZ50-pixeln så att vi jämför samma yta som en 1D3-pizel så motsvarar det en full well på 62200 elektroner och ett läsbrus på 8.3 elektroner.
Eftersom din bild är så klar så kan du förklara varför du tror att vår teoretiska sensor skulle ha svårt att producera nyanser.
photodo
Aktiv medlem
Var har jag skrivit att jag tror att din teoretiska sensor har svårt att producera nyanser? Jag skrev: "För att skapa nyanser [i en film] krävs en yta bestående av många kristaller." En bildpixel med 256 nyanser (motsvarande cirka 8 stegs motivkontrast) kräver 256 st 1-bits sensorpixlar. För varje ISO-steg krävs en fördubbling av antalet sensorpixlar. Teoretiskt kan det funka. Men jag betvivlar starkt att vi får se en sådan "joand-sensor" i en kamera. Det är så en inkjetskrivare med endast en droppstorlek fungerar. Det är även så FM-raster för tryck fungerar. Till skillnad från AM-raster (traditionell raster) där man ändrar storleken på rasterpunkten. I princip samma nyansmetod som en sensorpixel med stort DR.
joand
Aktiv medlem
Re: Re: Re: Re: Re: Is bigger verkligen better?
Det kan du säkert spekulera om lika bra som jag, Lars. Jag tror du försöker läsa in mer i vad jag skriver än vad som står där. Jag säger bara att när vi jämför olika kameror så ser vi en starkare korrelation mellan ålder och brusegenskaper än mellan pixelstorlek och brusegenskaper. Det faktum att man kan tillverka en sensor med 2 µ stora pixlar med lika bra prestanda per ytenhet som dagens bästa DSLR är bara ett exempel på den saken, dvs minskad fillfactor vid minskad pixelstorlek ser inte ut att vara ett så stort problem som du tror.
photodo
Aktiv medlem
Re: Re: Re: Re: Re: Re: Is bigger verkligen better?
När blev detta ett faktum? Var snäll och förklara för oss som inte accepterar detta som ett faktum. I vilken kamera hittar du 2 µm pixlar som är lika bra per ytenhet som i exempelvis Nikon D3? Jag vill se bildexempel! Eller menar du en hypotetisk kamera där man fyller en 24x36 mm sensor med 2 µm-pixlar? Är detta ytterligare ett förvirrande retoriskt "tankeexperiment"? Och vad är i så fall meningen med det; annat än att John skall få sista ordet i en debatt om att storleken på pixeln saknar betydelse?
photodo
Aktiv medlem
I fjor intervjuade jag en av världens främsta sensorgurus för att reda ut lite olika begrepp kring CCD och CMOS. Han heter Albert Theuwissen och är knuten till Dalsa.
Q: Today the tendency is: CMOS in mobile phones, CCD in compact cameras, CMOS in SLR and CCD in mid format cameras. Why? Will we see CMOS in compacts and mid format in a near future as well?
A: I wished I could predict the future .... CMOS in mobile phones because they are compact, low voltage, low power, a lot of integration on the chip itself, CCD in mid format cameras mainly because of the market penetration and image quality.
Q: The charge in each pixel is converted to a voltage before A/D conversion. Is the ISO setting taken in consideration before the digital conversion? I mean, will for instance a medium exposed (zone V) area of the subject get the same binary code if the ISO is set to 100 or 1600?
A: Yes, the ISO setting is nothing else than an extra gain stage in the analog domain BEFORE the ADC.
Q: I have been teaching the zone system and black and white photography for 25 years in Sweden, and like to look at sensors in a sensitometric way. A high lit area at ISO 100 represents many fotons and many electrons, near the full well capacity of the sensor. A low lit area at ISO 1600 is in the opposit end of the scale, near read noise threshold. How many volts do these end points typically represent?
A: Saturation corresponds (typically) to 1 V, read noise threshold is about 500 uV, so factor of 2000 between the two levels.
Q: What is the advantage in using a 14 bit system as compared to 12 bit when well capacity devided with read noise is less than 12?
A: Never ever let the dynamic range of the camera being defined by the number of bits of the ADC ! On the other hand, the number of bits at the end of the camera output is always LOWER than the number of bits anywhere else in the system. So if you get 12 effective bits out, the sensor itself delivers more than 12 bits, the ADC needs to have more than 12 bits, because during the processing of the signals you will loose 1 or 2 bits.
Q: What is a typical fill factor of a CMOS with 6–7 µm pixels? What is a typical well capacity of such a sensor?
A: Fill factor is very much depending on the technology used. For a conservative technology the fill factor will be around 50 %, for an aggressive technology, the fill factor can go up to 75 %.
Q: Is it correct to assume that the extra circuits on a CMOS pixel takes the same space on a small and a big pixel? Will fill factor increase with bigger pixels?
A: Yes, if you stay with the same fabrication technology, the circuit area remains the same.
Q: Is there a direct correlation between well capacity and area of light sensitive silicon?
A: Yes, the open area of the photodiode defines the fill factor, but it exactly the same area that needs to store the charges.
Q: When will we see backside illuminated sensors in low or medium cost still cameras (compacts and SLR:s)?
A: Very hard to predict, the technology is ready but it comes at a too high price. Several companies are working to reduce the fabrication cost. But for very small pixels (exactly where back-side illumination is an advantage for consumer), cross-talk plays a major role.
Q: According to pre release information about the new Sony sensor in Nikon D3 the performance in high ISO is outstanding, even compared to Canon’s high end cameras. Is this the result of better noise reduction and/or better QE? I have heard that there are very few lost fotons from the low lit areas of high ISO subjects. If so, how did Sony/Nikon manage to do this?
A: I do not know all the tricks, and I can not tell all the tricks neither, but ISO is a matter of signal-to-noise. So if you can increase the signal for the same amount of photons in, and if you can decrease the noise floor, you will increase the signal-to-noise and consequently the ISO.
Q: There are many different types of CMOS sensors around. Conventional photo diod, pinned photo diode, photo gate and charge shared. Are all of these beeing used in SLR cameras today.
A: Mainly pinned photodiodes are used, standard photodiodes seems to be old-fashioned, photogates are completely gone.
In mobile phones (or when the pixels come below 2.5 um), shared pixels are being used, but still relying on the pinned photodiodes concept.
Q: Olympus are talking about Live MOS in their latest SLR E3. What is the difference between CMOS and Live MOS?
A: Marketing ! It is the same technology, same concept.
Q: Are there any CMOS sensors with A/D-conversion on pixel level today? If not, will we see them in the near future?
A: Yes, mainly for machine vision applications. See www.pixim.com
Q: There is a direct correlation between temperature and read noise. Is it possible to see this difference in pictures shot outside in a cold Swedish winter and in the Sahara desert in summertime?
A: Not for short exposure times (e.g. less than 100 ms), but if you take pictures at night with extremely long exposures you will see the differences.
Q: Everybody wants higher ISO. This can be achieved with bigger silicone area, lower read noise level and higer QE.What is the theoretical achievable limit in ISO speed terms? How far are we today?
A: Good question ! In QE we can gain maximum a factor of 1.5 to 2.
In noise we still can gain more ! Especially the source follower transistor in the pixel is the bad guy, and several institutes/companies are working on improving the noise performance of the pixels. That is also part of the research I am doing with my PhD students at the University of Delft.
Q: The Foveon three layer sensors cought a lot of attension when they were new. What is the main disadvantage with the this type of sensor?
A: Too much overlap between the various colour spectral curves. This is translated in too much cross-talk. Theoretically cross-talk can be perfectly cancelled out by means of "colour matrixing". Unfortunately this is only possible in the case there is no noise. The colour matrix acts as an amplification for noise and makes the three-layer structure very bad in S/N performance when it comes down to low-light level imaging.
Q: Today the tendency is: CMOS in mobile phones, CCD in compact cameras, CMOS in SLR and CCD in mid format cameras. Why? Will we see CMOS in compacts and mid format in a near future as well?
A: I wished I could predict the future .... CMOS in mobile phones because they are compact, low voltage, low power, a lot of integration on the chip itself, CCD in mid format cameras mainly because of the market penetration and image quality.
Q: The charge in each pixel is converted to a voltage before A/D conversion. Is the ISO setting taken in consideration before the digital conversion? I mean, will for instance a medium exposed (zone V) area of the subject get the same binary code if the ISO is set to 100 or 1600?
A: Yes, the ISO setting is nothing else than an extra gain stage in the analog domain BEFORE the ADC.
Q: I have been teaching the zone system and black and white photography for 25 years in Sweden, and like to look at sensors in a sensitometric way. A high lit area at ISO 100 represents many fotons and many electrons, near the full well capacity of the sensor. A low lit area at ISO 1600 is in the opposit end of the scale, near read noise threshold. How many volts do these end points typically represent?
A: Saturation corresponds (typically) to 1 V, read noise threshold is about 500 uV, so factor of 2000 between the two levels.
Q: What is the advantage in using a 14 bit system as compared to 12 bit when well capacity devided with read noise is less than 12?
A: Never ever let the dynamic range of the camera being defined by the number of bits of the ADC ! On the other hand, the number of bits at the end of the camera output is always LOWER than the number of bits anywhere else in the system. So if you get 12 effective bits out, the sensor itself delivers more than 12 bits, the ADC needs to have more than 12 bits, because during the processing of the signals you will loose 1 or 2 bits.
Q: What is a typical fill factor of a CMOS with 6–7 µm pixels? What is a typical well capacity of such a sensor?
A: Fill factor is very much depending on the technology used. For a conservative technology the fill factor will be around 50 %, for an aggressive technology, the fill factor can go up to 75 %.
Q: Is it correct to assume that the extra circuits on a CMOS pixel takes the same space on a small and a big pixel? Will fill factor increase with bigger pixels?
A: Yes, if you stay with the same fabrication technology, the circuit area remains the same.
Q: Is there a direct correlation between well capacity and area of light sensitive silicon?
A: Yes, the open area of the photodiode defines the fill factor, but it exactly the same area that needs to store the charges.
Q: When will we see backside illuminated sensors in low or medium cost still cameras (compacts and SLR:s)?
A: Very hard to predict, the technology is ready but it comes at a too high price. Several companies are working to reduce the fabrication cost. But for very small pixels (exactly where back-side illumination is an advantage for consumer), cross-talk plays a major role.
Q: According to pre release information about the new Sony sensor in Nikon D3 the performance in high ISO is outstanding, even compared to Canon’s high end cameras. Is this the result of better noise reduction and/or better QE? I have heard that there are very few lost fotons from the low lit areas of high ISO subjects. If so, how did Sony/Nikon manage to do this?
A: I do not know all the tricks, and I can not tell all the tricks neither, but ISO is a matter of signal-to-noise. So if you can increase the signal for the same amount of photons in, and if you can decrease the noise floor, you will increase the signal-to-noise and consequently the ISO.
Q: There are many different types of CMOS sensors around. Conventional photo diod, pinned photo diode, photo gate and charge shared. Are all of these beeing used in SLR cameras today.
A: Mainly pinned photodiodes are used, standard photodiodes seems to be old-fashioned, photogates are completely gone.
In mobile phones (or when the pixels come below 2.5 um), shared pixels are being used, but still relying on the pinned photodiodes concept.
Q: Olympus are talking about Live MOS in their latest SLR E3. What is the difference between CMOS and Live MOS?
A: Marketing ! It is the same technology, same concept.
Q: Are there any CMOS sensors with A/D-conversion on pixel level today? If not, will we see them in the near future?
A: Yes, mainly for machine vision applications. See www.pixim.com
Q: There is a direct correlation between temperature and read noise. Is it possible to see this difference in pictures shot outside in a cold Swedish winter and in the Sahara desert in summertime?
A: Not for short exposure times (e.g. less than 100 ms), but if you take pictures at night with extremely long exposures you will see the differences.
Q: Everybody wants higher ISO. This can be achieved with bigger silicone area, lower read noise level and higer QE.What is the theoretical achievable limit in ISO speed terms? How far are we today?
A: Good question ! In QE we can gain maximum a factor of 1.5 to 2.
In noise we still can gain more ! Especially the source follower transistor in the pixel is the bad guy, and several institutes/companies are working on improving the noise performance of the pixels. That is also part of the research I am doing with my PhD students at the University of Delft.
Q: The Foveon three layer sensors cought a lot of attension when they were new. What is the main disadvantage with the this type of sensor?
A: Too much overlap between the various colour spectral curves. This is translated in too much cross-talk. Theoretically cross-talk can be perfectly cancelled out by means of "colour matrixing". Unfortunately this is only possible in the case there is no noise. The colour matrix acts as an amplification for noise and makes the three-layer structure very bad in S/N performance when it comes down to low-light level imaging.
