Bildrauschen

[Herr Etzenbach]

Habe schon oft gelesen, dass hohe ISO Zahlen zu Bildrauschen führen. Warum werden die Bilder grobkörniger? Was passiert eigentlich mit dem Sensor, die Anzahl der Bildpunkte/Pixel ändert sich ja nicht?!

 

[Rappelbox]

Ein kurzer Blick bei Wikipedia hätte genügt...
http://de.wikipedia.org/wiki/Bildrauschen

 

[Herr Etzenbach]

Dort steht >Eine Erhöhung der „Empfindlichkeit“ bedeutet eine Verstärkung der Signale des Aufnahmesensors, wobei die Störungen in gleichem Maße mitverstärkt werden.<
Wie habe ich mir denn diese Verstärkung der Signale des Aufnahmesensors vorzustellen?

 

[Rappelbox]

Laienhaft ausgedrückt:
Sehr geringes Signal wird verstärkt -> ebenso Störsignale etc.

Dabei spielt es keine Rolle ob es sich um einen Fotosensor oder einen Verstärker (HiFi) o.ä. handelt.
Dadurch das das Eingangssignal schon schwach oder fehlerbehaftet ist ergibt sich eine Verstärkung aller Signale weil der Sensor (oder was auch immer) ja nicht zwischen guten und schlechten Signalen unterscheiden kann.
Dazu kommt noch ein gewisses Eigensignal welches ebenso verstärkt wird.

Btw, wen das Rauschen der NEX-Sensoren stört sollte mal mit anderen Kameras im gleichen Preissegment vergleichen...
Meistens lässt sich das Rauschen durch andere Einstellungen unterbinden oder, sofern möglich, durch Änderung der Bedingungen unter denen das Bild aufgenommen werden soll.

Versteh' mich nicht falsch, bei den NEXen über Rauschen zu jammern ist jammern auf sehr hohem Niveau, zumal in dieser Preisklasse!

Gruß,
Dom

 

[Herr Etzenbach]

Du hast mich vielleicht falsch verstanden...ich jammer doch garnicht. Und meine Frage ist eine technische, nämlich wie die Signale im Sensor verstärkt werden. Wie geht das vor sich? Eine Lichtmenge ist eine Lichtmenge. Wie kann der Sensor daraus mehr Licht machen?

 

[BadBoogeyMan]

Du hast mich vielleicht falsch verstanden...ich jammer doch garnicht. Und meine Frage ist eine technische, nämlich wie die Signale im Sensor verstärkt werden. Wie geht das vor sich? Eine Lichtmenge ist eine Lichtmenge. Wie kann der Sensor daraus mehr Licht machen?

Das kann der Sensor natürlich nicht.
Aber wo vorne Licht reinfällt, kommen hinten elektrische Signale raus. Und die kann man natürlich verstärken.


Für solche Technik-Fragen haben wir allerdings ein anderes Forum. *schieb*

 

[messenger]

- Ein Pixel mißt das Licht, indem Ladungen in ihm freigesetzt werden. Je mehr Licht drauf fällt, desto mehr Ladungen. Diese Ladungen werden gezählt (beim Auslesen gemessen). Das Ergebnis wird dann verstärkt, je nach "Empfindlichkeit" mehr oder weniger.

- Aus verschiedenen unvermeidlichen Gründen fallen aber auch immer Ladungen an, die nicht durch Licht hervorgerufen werden. Dadurch erhalten Pixel unterschiedliche Werte, die zu unterschiedlich heller Widergabe (und damit auch Farbunterschieden) führen, obwohl sie die gleiche Lichtmenge erhielten. Das ist Rauschen.

- Je weniger Licht auf das Pixel fällt, desto größer wird der Fehler, weil die "Fehlladungen" im Verhältnis zu den "Lichtladungen" viele sind.

- bei einem Bild mit geringer ISO werden die Signale nur wenig verstärkt; die Fehler liegen hier soweit in den undurchzeichneten dunklen Bereichen, daß sie kaum Bildwirksam werden. Je mehr man verstärkt=ISO erhöht (auch nachher am PC), desto mehr rücken sie in den sichtbaren Bereich.

Gruß messi

 

[Rappelbox]

Der Sensor fängt mit jedem Pixel ein Signal auf (hab' jetzt keine Lust zu lesen ob es ein Photon oder eine Welle war). Die ISO-Einstellung macht nichts anderes als die (Strom-) Empfindlichkeit des Sensors zu erhöhen.
Jedes empfangene Signal wird also in ein elektrisches Signal gewandelt der der Software sagt was sie auf dem Bild ausgeben soll.

Niedrige ISO = kleiner Strom, weil ja viele Lichtsignale auf den Sensor treffen.
Hohe ISO = hoher Strom, wenige (schwache) Signale die ausgewertet werden müssen.

Zur genauen technischen Erklärung würde ich mich an einen Kamera-Hersteller wenden oder mal in einer Uni anfragen

...oder einfach fotografieren und mich an schönen Bildern erfreuen

Gruß,
Dom

Edit: Messenger war schneller und genauer!!!

 

[multi_cab]

Wo ein schwaches Signal anfällt, wird es elektrisch verstärkt. Auch die Störsignale werden mit verstärkt.

Nimm als Beispiel ein (analoges) Radio, stell einen schwachen Sender ein und drehe die Lautstärke auf. Was hörst Du? Eben, genau das !

gruss
multi_cab

 

[nwsDSLR]

Hallo,

recht anschaulich ist es vielleicht auch, sich ein einfachen (laienhaftes) Rechenexempel vorzustellen:

Denke dir einfach, man bräuchte 100 Lichtteilchen, um ein helles Foto zu erhalten. Jedes Pixel soll also etwa ein Signal von "100" abliefern (wir stellen uns hier einfach vor, das Motiv wäre einfarbig mit völlig gleichmäßiger Helligkeit). Bei schönem Licht stellt die Kamera alles so ein, dass sie bei ISO 100 während der Belichtungszeit 100 Lichtteilchen pro Pixel einfängt. Jedes Pixel liefert aber zudem nochmals 1 bis 2 Ladungen mehr ab, die einfach durch unvermeidliche Störungen entstehen. Die Helligkeit der Pixel beträgt nun 101 bis 102 Einheiten, was also für ein minimales Rauschen sorgt.

Nun ist es aber dunkel (sagen wir ein Zehntel Mal so hell wie vorher) und die Kamera soll trotzdem genauso kurz belichten. Du stellst daher die ISO von 100 auf 1.000. Nun fängt die Kamera also pro Pixel nicht 100 Lichtteilchen sondern nur zehn ein. Das Foto würde zu dunkel werden. Dank ISO 1.000 wird die das Signal aber angehoben, so dass die Pixel um den Faktor zehn verstärkte Signale abliefern. Aus den zehn Lichtteilchen werden 100, also ein helles Bild. Leider aber werden auch die 1 bis 2 Störeinheiten um den Faktor 10 verstärkt. Die Helligkeit der einzelnen Pixel beträgt nun also 110 bis 120. Die Unterschiede zwischen den einzelnen Pixeln sind also zehn mal höher. Das Rauschen ist somit stärker sichtbar.

...wie gesagt: sehr verinfach erklärt.

 

[Gast_338619]

Die Ausleseverstärker auf den Pixeln sind kapazitiv angebunden. D.h. es wird eine von den ISO abhängige Spannung angelegt, welche durch die Ladung des Pixels moduliert wird.

 

[Herr Etzenbach]

Ja, danke Euch, hab ich wieder was gelernt.

 

[Linii]

Es gibt auch Kameras mit einer Kühlung, da durch das Erhitzen des Sensors das Bildrauschen verstärkt wird :

http://www.google.de/imgres?num=10&...w=171&start=0&ndsp=46&ved=1t:429,r:1,s:0,i:72

Wird vorwiegend in der Astrofotografie verwendet da dort sehr lange belichtet wird und sich so der Sensor stark erhitzen kann. Und über son Sternenbild lässt sich schlecht ein entrauschener Filter in Photoshop oder so legen, da ja dann auch viele Sterne wegradiert werden

 

[Gast_338619]

Gegen Wärmerauschen hilft - neben der Kühlung - Stacking und Dunkelbildabzug.

 

[Gast_194966]

...wie gesagt: sehr verinfach erklärt.

Du versteifst Dich für meinen Geschmack da etwas zu sehr auf thermisches Rauschen und es fehlt mir die Betrachtung von Rauschen als Fehler, als Abweichung vom Mittelwert. Ich habe hier mal ein analoges Modell mit Regentropfen und Gläsern gesponnen. Da ging's zwar um verschiedene Sensorgrößen bei gleicher Belichtung, aber die Abstraktion zu geringerer Belichtung und ISO-Verstärkung ist ja einfach. Wichtig finde ich dabei aber, dass die beiden viel wichtigeren Rauschanteile, Photonenrauschen und Ausleserauschen, analog und als "Messfehler" bzw. Abweichung vom Mittelwert dargestellt sind.



Gruß, Matthias

 

[Gast_338619]

@TO: Das Hauptproblem sind nicht die ISO, sondern die damit verbundene geringere Lichtmenge auf dem Sensor. Die von ihr bewirkte Ionisierung der Pixel unterliegt nämlich einer Poisson-Verteilung, was bedeutet, dass mit weniger Licht das Verhältnis aus Signal und Abweichung geringer wird. Hinzu kommen dann noch weitere Rauschfaktoren wie z.B. Wärme/Dunkelrauschen, die bei weniger Licht entsprechend stärker ins Verhältnis fallen. Bei normalen ISO und ausreichender Belichtung hat das Rauschen des Lichtes den Hauptanteil, bei extremen ISO / zu wenig Belichtung die weiteren Rauschfaktoren. Deswegen sind bei heutigen DSLRs die ISO trotz leichtem Rauschen meist bis jenseits der 1600 akzeptabel (Poisson-Rauschen sieht auch deutlich angenehmer aus) und darüber nicht (Wärmerauschen sieht Schei**e aus. )

@Masi1157: Das dürfte daher rühren, dass der TO hier nur nach der Verstärkung fragt:

Dort steht >Eine Erhöhung der „Empfindlichkeit“ bedeutet eine Verstärkung der Signale des Aufnahmesensors, wobei die Störungen in gleichem Maße mitverstärkt werden.<
Wie habe ich mir denn diese Verstärkung der Signale des Aufnahmesensors vorzustellen?

Offensichtlich wurde folgender weiter untenstehende Satz überlesen:

Zusätzlich zum Dunkelrauschen gibt es auch (meist kleinere) Anteile des Bildrauschens, die von der aufgenommenen Lichtmenge abhängen. Dazu zählt das Schrotrauschen, das durch die Zufallsverteilung der Anzahl von Photonen entsteht, die in einem Pixel auftreffen, sowie kleine zufällige Schwankungen der Lichtempfindlichkeit der Pixel (daher auch häufig als „Photonenrauschen“ bezeichnet).

Wobei ich den auch nicht für ganz richtig halte, s.o..
Außer bei extremen Belichtungseinstellungen ist das Schrotrauschen nicht der kleinere, sondern eben der größere Anteil.

 

[Stempel]

Außer bei extremen Belichtungseinstellungen ist das Schrotrauschen nicht der kleinere, sondern eben der größere Anteil.

Das ist beim heutigen Stand der Technik aus meiner Sicht richtig. Beleg sind die Messungen bei dxomark, die nur geringe Fortschritte beim Rauschen zB zwischen der alten Nikon d700 und der neuen d800 und gleicher Ausgabegröße feststellen.

Das Regentropfenmodell von Matthias passt da sehr gut zur Erläuterung.

Gruß, Wolfgang

 

[Gast_338619]

Das Regentropfenmodell von Matthias passt da sehr gut zur Erläuterung.

Yep!