Wie arbeitet eigentlich ein Sensor?

[Plany]

Wenn ich darf, schmeiß ich mal eine Frage dazwischen, die mich schon seit längerem beißt.
Ich hab schon versucht, dem auf den Grund zu gehn, aber irgendwie hab ich nicht gefunden, wonsch ich gesucht hab.

Thema Langzeitbelichtung:
Bei einem analogem Film, fällt Licht auf eine fotosensitive Schicht, und erzeut eine Chemische Reaktion.
Es ist ein Unterschied zwischen 10 sekunden und 15 Sekunden am Bild zu sehen.
Ist die aufnahme fertig, wird das Filmmaterial abtransportiert und neues Material wird vorbereitet für die nächste Aufnahme. soweit klar.
Ein Digitaler Sensor kann eigentlich bei höheren Belichtungszeiten so nicht funktionieren, weil das Material nicht ersetzt wird, wenn die aufnahme fetig ist. Der Sensor ist sofort bereit für eine neue Aufnahme. Ob bei 1/4000stel oder bei 30sek: der Sensor kann sich chemisch nicht verändern.
Wie wird dann eine höhere Belizeit verarbeitet?

Meine Vermutung (sehr wage): der Sensor ermittelt alle 250Mikrosekunden alle Pixel-Farb- und Grauwerte, und addiert diese einfach... das wären bei einer Belichtungszeit von von 1/40 stel Sekunde (was jetzt noch nicht als Langzeitbelichtung gilt, meiner Meinung nach) 100 Frames zu "stacken", und die Lichtdaten zu addieren/bzw. einen Mittelwert zu errechnen. Das kanns ja dann auch nicht sein, oder?? So eine Rechnung dauert ja Minuten...
Eine andere Erklärung hab ich zur Zeit noch nicht gefunden. Eine Art Trägheit (Nachleuchtfunktion) der Sensoroberfläche, um nicht alle 250mikrosekunden, sondern nur alle zehntel sekunde die Werte ausgelesen werden muss, halte ich nicht für möglich, da bei schnellen Kameras der Sensor nach einem Bild binnen paar 100millisekunden wieder bereit sein muss..

Kennt da jemand das genaue Verfahren??

MfG, Christoph.

 

[Andi19]

AW: CANON-KFKA (Kurze Frage, kurze Antwort)

Du hast in gewisser Weise recht.

Der Sensor, bzw. jedes einzelne Pixel auf dem Sensor wird ja mehr oder weniger von Photonen getroffen welche von den mehr oder minder vielen Pixeln, der Photodiode welche pro Lichtmenge eine gewisse Menge Strom "erzeugt", registriert werden.

Bei einer 30 Sekunden Belichtung würde der Chip also ab Beginn der Belichtung 30 Sekunden lang Photonen zählen (ganz grob und modellhaft gesagt) und die Menge der Photonen, des eingefallenen Lichts, pro Pixel ergibt den Helligkeitswert des einzelnen Pixels.

Pro Pixel also nur Helligkeitswerte, keine Farbwerte, die kommen nur dadurch zustande das durch die Farbfilter des Bayerpattern, welches als dünne Schicht über dem Sensor liegt, pro Pixel nur eine Farbe durchgelassen wird und auf die Photodiode fallen kann (Rot, Grün oder Blau).

Summa sumarum: Der Chip weiß, Pixel Nr. 146 508 ist ein Rotpixel und in den 30 Sekunden Belichtungszeit hat der Pixel so viele Photonen registriert das es einen Helligkeitswert von zb. 100% des erfassbaren Maximums ergibt.
Der Pixel wäre also komplett rot.
Wenn in den 30 Sekunden aber nur ein Drittel der maximal erfassbaren Menge registriert wurde ergibt das einen Helligkeitswert von 33%, bzw. da der Chip weiß das es ein Ropixel ist, einen Farbwert von "Rot 33%".

Das ist vereinfacht dargestellt. Villeicht wusstest du das schon genauso und wolltest eigentlich nur genau wissen wir der Sensor "zählt"?!

Da warten wir aber besser auf die Vollprofis und Eltronikspezialisten.

Ich weis nur das der lichtempfindliche Teil im Grund eine Photodiode ist, welche Licht einer gewissen Wellenlänge in eine, zur Menge des einfallenden Lichts proportionale, Spannung umwandelt.

Lichtmenge ---Umwandlung---> Spannung

ergo: lange Belichtungszeit höhere Spannung im Vergleich zur kürzeren t bei gleichem Lichtwert.


Ich hoffe ich habe dich nicht noch mehr durcheinander gebracht und konnte ein wenig helfen =)


Gruß

André


P.s.: Der Sensor ist somit immer "bereit", wenn einfach keine Grundspannung anliegt wird auch nichts ausgelesen, wenn du also das Bild geknipst hast ist der Sensor in sofern direkt wieder bereit da er ja nichts macht außer Lichtmenge in Spannung zu verwandeln. Ob er das nun durchgänig macht oder alle zwei Sekunden ist in erster Linie egal, zumindest in bezug auf die Fragestellung. Lange dauerhafte Aktivität erhöht die Temperatur durch den Strom --> höheres Bildrauschen.

 

[Gast_212710]

AW: CANON-KFKA (Kurze Frage, kurze Antwort)

Als Ergänzung zum bereits (von Andi19) geschriebenen:

Vor der Aufnahme wird jeder Pixel elektrisch entladen.

Während der Aufnahme sammelt sich in jedem Pixel (durch Einfangen der Photonen) elektrische Ladung an.

Jeder Pixel wird pro Aufnahme (egal ob mit 30sec oder mit 1/8000sec) nur einmal ausgelesen ... nämlich am Ende der Aufnahme, wenn der Verschluss sich wieder geschlossen hat. (Bezieht sich auf Bildaufnahmen, nicht auf Video).

Dabei liefert jeder Pixel einen analogen Spannungswert. Dieser Wert wird (gemäss ISO-Einstellung) analog verstärkt. Dabei werden natürlich auch vorhandene Rauschanteile mitverstärkt.

Der Spannungswert wird sodann mittels eines Analog-Digitalwandlers mit einer gewissen Bittiefe digitalisiert.

Die Gesamtmenge der so digitalisierten Pixel wird (zusammen mit Metainformation) ggf. als Raw-Bild gespeichert und/oder zu einem Jpg-Bild weiterverarbeitet.

 

[Andi19]

AW: CANON-KFKA (Kurze Frage, kurze Antwort)

genau das wollte ich auch sagen

 

[Plany]

AW: CANON-KFKA (Kurze Frage, kurze Antwort)

@ Andi und Rainer:
Vielen Dank. Jetzt versteh ichs. Im Grunde wird jeder Helligkeitswert eines Pixels für sich mittels -ich sag mal Integrierer-Funktion- geladen. Ist die Maximalspannung erreicht, sind Bildstellen "ausgebrannt", ist der Wert 0, ist es abgesoffen.

Danke vielmals. Ich glaub', bis auf einige kleine Details, hab ichs verstanden.

MfG, Christoph.

 

[Gast_212710]

AW: CANON-KFKA (Kurze Frage, kurze Antwort)

@ Andi und Rainer:
Vielen Dank. Jetzt versteh ichs. Im Grunde wird jeder Helligkeitswert eines Pixels für sich mittels -ich sag mal Integrierer-Funktion- geladen. Ist die Maximalspannung erreicht, sind Bildstellen "ausgebrannt", ist der Wert 0, ist es abgesoffen.

Es ist wie beim Bierzapfen ... solange das Glas nicht überläuft, hast du einen vernünftigen Messwert ... ist das Glas voll, kannst du nicht mehr bestimmen, ob es eben gerade erst voll geworden ist, oder ob es inerhalb der Belichtungszeit bereits 9x hätte gefüllt werden können.

Die Integrierfunktion ist das Pixel selbst ... es gewinnt aus den eingefangenen Photonen elektrische Ladung ... da diese nicht abgeführt wird, akkumuliert sie sich im Pixel ... und gemessen wird ja erst am Schluss, daher bekommt man die Aufsummierung (das Integral) des eingefallenen Lichts. Es ist dabei auch egal, ob der Lichteinfall während der Belichtungszeit kontinuierlich und gleichförmig war, oder ob (wie bei Blitznutzung) in einem kleinen Teil der Belichtungszeit praktisch die gesamte Lichtmenge einfällt.

 

[Andi19]

AW: CANON-KFKA (Kurze Frage, kurze Antwort)

und somit summieren sich bei geblitzten Lanzeitaufnahmen die Photonen der "Hintergrundbeleuchtung" und die des angeblitzen Objektes und ergeben somit das fertige Bild.

Womit wir dann fast jede Mögliche Lichtsituation erklären können.
Danke Rainer für deine fachmännische Ergänzung und Erleuterung!

 

[Plany]

AW: CANON-KFKA (Kurze Frage, kurze Antwort)

... hat es nochmal perfekt für mich erklärt/ergänzt.

Danke nochmal.

Jetzt isses ja klar, damit isses auch logisch und kann anders eigentlich gar nicht gehen..

MfG, Christoph.

jetzt würd mich mal interessieren, was genau hinter einem Pixel steckt. Kondensatoren im nano-Bereich wirds wohl kaum geben/ die hätten dann wohl auch eine zu stareke selbst-Entladung... auf dem verfügbaren Platz das zu realisieren .... na ich weiß nicht... Was machen wir denn da bei Sensoren in Handys mit jenseits 40Mpx?? Denkt ihr, es gibt sowas, wie eine elektr. Schaltung eines Pixels??


Okeh, ich habs nochmal gelesen: Zitat:"Die Integrierfunktion ist das Pixel selbst ... es gewinnt aus den eingefangenen Photonen elektrische Ladung ... da diese nicht abgeführt wird, akkumuliert sie sich im Pixel ...".. Die "Schaltung" würde wohl nicht recht aufregend aussehn...

MfG, Christoph.

 

[Gast_212710]

AW: CANON-KFKA (Kurze Frage, kurze Antwort)

jetzt würd mich mal interessieren, was genau hinter einem Pixel steckt.

Es gibt 2 grundlegende Technologien ... CMOS und CCD ...

http://de.wikipedia.org/wiki/CMOS-Sensor

http://de.wikipedia.org/wiki/CCD-Sensor

 

[Stuessi]

AW: CANON-KFKA (Kurze Frage, kurze Antwort)

... Der Sensor weiß, Pixel Nr. 146 508 ist ein Rotpixel ....

Der Sensor weiß nichts von der Farbe. Welche Farbe auf Pixel Nr. 146 508 aufgedampft wurde steht im Auswertprogramm der Kamera bzw. des raw-Konverters.

 

[Andi19]

AW: CANON-KFKA (Kurze Frage, kurze Antwort)

Wenn in den 30 Sekunden aber nur ein Drittel der maximal erfassbaren Menge registriert wurde ergibt das einen Helligkeitswert von 33%, bzw. da der Chip weiß das es ein Ropixel ist, einen Farbwert von "Rot 33%".

Das ist vereinfacht dargestellt.

Im genannten Post habe ich genau das geschrieben, beim nächsten Mal bitte den Post komplett lesen.
Man kann sich schonmal vertippen.