Secret-Sauce des GFX-Sensors (?)

[Harlem]

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Im Offizialorgan für Fuji-Rumors lese ich beim Vergleich des Fuju-GFX-Sensors mit vergleichbaren Sensoren neue Geheimnisse:

 

"(...) In order to effectively process the lights, the size of micro-lenses haven been reduced and more spaces have been created between each pixel. This is one reason why the images appear so sharp when taken by GFX even though the pixel counts are the same."

 

Ich übersetze mal sinngemäß für die Nichtenglischen

 

"Um das Licht besonders effektiv zu verarbeiten, wurde die Größe der Micro-Linsen reduziert, d.h., zwischen den Pixeln wurde so mehr Leerraum auf dem Sensor erzeugt. Das ist ein Grund dafür, warum die Bilder der GFX (im Vergleich) so scharf wirken, obwohl die Anzahl der Pixel gleich ist."

 

Ich habe auch nach längerem Nachdenken nicht verstanden, warum Leerraum zwischen den Pixeln eine höhere Schärfe bringen soll. Zunächst mal bringt es doch Informationsverlust.

 

Ist das mit dem Platz zwischen den Pixeln nur Schlangenöl oder kann das jemand erklären?

 

[Crischi74]

Der Grund wird der selbe sein, warum überhaupt Microlinsen eingesetzt werden. Um eben ein Übersstrahlen/Verschwimmen in die Nachbarpixel zu verhindern.

Der Farbfilter hat ja eine gewisse Schichtdicke. Dadurch kann eben Licht was im Winkel durch den Farbfilter tritt das benachbarte Fotoelement treffen, welches eigentlich einen anderen Farbfilter vor sich hat. Auch ist es so dass die Farbfilter minimal streuen. Die hohen Auflösungen mit hoher Pixeldichte heutzutage sind nur mit Microlinsen möglich.

Hat man mehr Fläche zur Verfügung kann man zum einen das Fotoelement vergrößern was das Rauschen verringert oder den Abstand zum Nachbarelement besser trennen was die Schärfe/Farbtreue verbessert. Mit dem Sensor für die GFX wird wohl ein Kompromiss aus Beiden realisiert.

 

Gruß Christian

 

◟(◔ั₀◔ั )◞

https://500px.com/christiandamm

bearbeitet 15. Februar 2017 von Crischi74

[Chiqua]

In dem verlinkten Artikel steht dazu ja noch folgendes zu Erklärung: "You may wonder about the negative impact for sensitivity and S/N if the micro-lenses are smaller in size. There is no need for such concern. The pixel size is big enough to receive enough lights without making micro-lenses any bigger. This optimization is only possible for the medium format sensor. The pixel size of the GFX sensor is 5.3nm. This is actually 1.7x bigger when compared to 50MP 35mm format sensor."

 

Also im Prinzip: Macht euch keine Sorgen, sieht man eh nicht. Ich glaube da liegt eh der Hund begraben. Viele Dinge kann man noch berechnen oder beschreiben, aber sehen kann das menschliche Auge das nicht mehr. Ist bei allen Sinnen so. Irgendwann ist der Mensch der beschränkende Faktor.

[wildlife]

Das ist eigentlich eine interessante Sache, den Fuji geht damit genau in die andere Richtung wie der allgemeine Trend. Der geht ja hin zum gapless design (ziemlich sicher auch bei dem Fuji APS-C Modellen) um die Quanteneffizienz zu erhöhen.

 

Schon bei anderen Mittelformat Kameras habe ich öfters gelesen, dass die Hersteller beim CFA (Color Filter Array) etwas andere Kompromisse eingehen als bei kleineren Sensoren. Beispielsweise dass diese deutlich besser Trennen, also weniger "falsche" Farben durchlassen. Dies wird oft gemacht, um das Luminanzrauschen zu verringern. Nachteil ist, dass man Farbrauschen erhält und die Farbtreue darunter leidet (und angeblich macht ja auch genau die den Unterschied zwischen Kleinbild und Mittelformat mit aus).

 

Da Fuji vermutlich auch der Hersteller des CFA ist, könnte ich mir vorstellen, dass hier eben auch genau darauf geachtet wird. Wenig Crosstalk zwischen den Pixeln könnte sicher als Schärfe interpretiert werden (Farbauflösung).

 

 

Eigentlich genauso interessant finde ich aber die anderen Punkte. Da scheint Fuji ja richtig viel verändert zu haben, vor allem die erhöhte Auslesegeschwindigkeit dürfte wichtig sein! 

[Gast]

Die Grafik ist recht nett und zeigt den Sinn von Microlinsen sehr anschaulich. Leider nicht das Problem.

Gerade auf dieser Grafik, die alle Bildstrahlen die vom Objektiv kommen planparalle zeigen (was nicht der Fall sein kann).

Das führt eben nicht zum Pixelabstandsproblem. In der Grafik ist es völig unerheblich ob die Pixel mehr oder weniger zusammen sind.

Tatsächlich sind es die nicht "ausserordentlichen" Bildstrahlen die durch das Objektiv vom Rand her auf den Sensor treffen, die

durch die Ablenkung der Micorlinsen eine Winkeländerung erfahren die sie bei geringen Abstand der Sensorflächen auf die Nachbarfläche treffen lassen. Wobei es da mehr um einen geringen Anteil geht, der aber ein "Streulich" erwirkt, was "Unschärfe" verursacht.

Letztlich ist es egal wie man es bewerkstelligt, dass der plane Sensor sich unter allen Bildstrahleinfallswinkeln wie ein rundes Korn verhält.

Dem es ja egal war unter welchem Winkel das Licht auftrift.

Daher kann selbst das beste analoge Objektiv nicht das Ergebnis am Sensor liefern, was es beim Korn noch hinreichend konnte.

Kurze Abstände von Hinterlinsenebene zum Sensor und kurze Brennweiten erhöhen das Problem.

Daher sind Altobjektive meist nur mit Brennweiten oberhalb der Format gebenden Sensorgröße ohne Randprobleme nutzbar.

[mjh]

Letztlich ist es egal wie man es bewerkstelligt, dass der plane Sensor sich unter allen Bildstrahleinfallswinkeln wie ein rundes Korn verhält.

Dem es ja egal war unter welchem Winkel das Licht auftrift.

Im Prinzip richtig, aber erstens sind Silberhalogenidkristalle ja nicht notwendigerweise rund. Bei den T-Kristallen liegt gerade der Witz darin, dass sie eine flache Oberfläche haben. Und dann haben Filmemulsionen eine nennenswerte Dicke, so dass ein schräg einfallender Lichtstrahl an unterschiedlichen Stellen auf dem Film registriert wird, je nachdem, in welcher Tiefe der Schicht er auf einen Silberhalogenidkristall trifft.

[mjh]

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Da Fuji vermutlich auch der Hersteller des CFA ist, könnte ich mir vorstellen, dass hier eben auch genau darauf geachtet wird. Wenig Crosstalk zwischen den Pixeln könnte sicher als Schärfe interpretiert werden (Farbauflösung).

Auch im Luminanzkanal dürfte die Schärfe steigen. Optisches Übersprechen zwischen benachbarten Pixeln reduziert ja den Mikrokontrast, und weniger Mikrokontrast bedeutet weniger Schärfe (im Extremfall auch weniger Auflösung).

bearbeitet 15. Februar 2017 von mjh

[mjh]

Mir scheint, es hat noch keiner den Link auf den Artikel gebracht, um den es eigentlich geht: http://fujifilm-x.com/de/x-stories/gfx-technologies-1/. Also das Original von Fuji, nicht die Nacherzählung bei Fujirumors.

[Gast]

Na, der Sehfeher beim Mikroprismafokussetzen war ja bestimmt um zwei drei Delta größer als das Delta der Schichtdicke.

Entscheidend ist das das Licht aus keinen Objektiv geradlinig planparallel aus der Hinterlinse austritt.

Somit ist die Grafik und die dort gezeigten Winkeländerungen, ob durch die Lines oder durch ändern an den Filter rein idealisiert.

Jeder Kamerahersteller sucht einen Kompromis für sein Bajonett und dessen Abstand zur Sensorebene.

Bei der Wahl geht es vordinglich um den Winkelkorridor der vom Weitwinkel bis zum Tele auf dem Weg von Hinterlinse

bis zur Sensorebene eingehalten werden müssen.

Trifft dieser Korridor nicht zu, macht das in der Bildmitte keinen sichtbaren unterschied. Zum Rand hin trifft Randstrahl aber nicht mehr das Microlinschen und hier ist der Pixel Abstand der der dann "Auslöscht" ( weil nicht auf dem Sensor) aber auch kein Streulich auf dem Nebensensor erzeugt wird.

Eine Neukonstrukt an Kamera/Objektivsystem ist ungleich einfacher als bei gegeben Randbedienungen (Leica: Bajonettdurchmesser/Auflagemaß/Analoge Randstrhlwinkel) einen Sensor mit Microlinsen und Pixelanstand zu entwickeln der so viel wie mögliche Altglasobjektive dem Leica Besitze

nutzbar beläßt, ohne all zu viel sichtbare Bildqualität erkennen zu lassen.

Ob letztlich bei dem auch bei Fuji vorgegebenen Rahmbedingungen die Änderung des Pixelabstans etwas bewirkt oder mehr in die Richtung Marketing geschichten zielt kann ich nicht beurteilen.

Da auch der Auftragshersteller nach Vorgabe produziert, kann selbat eine digitalen Erfordernissen angepasstes Summilux auch nur an der dafür vorgesehenen Kamera wirklich funktionieren.

Sony selbst hat sich ja dem Vergleich in sofern geschickt entzogen, als es ein erheblich kleinere Auflagemaß gewählt hat.

Daher ist die Abstandsgröße der Pixel noch eher ein kleines Problemchen.

Gerade dann wenn saugutes Objektiv + sauguter Sensor nicht zwingend ein saugutes sondern auch ein sauschlechte Abbildung ergeben können.

Ob ich als Kunde überhaupt davon was habe, wenn die Unterschiede eh nur unter Laborbedienungen unterscheidbar sind, macht die Sache

zwar interessant; aber ob der Hintern im Feinsand oder nur auf Sand sich wund gerieben hat ist im Ergebnis auch egal.

Nachtrag: Danke für die Grafik mit keinen und etwas Pixelabstand. Jetzt kann man sich wenigsten davon ein Vorstellung machen;)

bearbeitet 15. Februar 2017 von Gast

[tabbycat]

Mir scheint, es hat noch keiner den Link auf den Artikel gebracht, um den es eigentlich geht: http://fujifilm-x.com/de/x-stories/gfx-technologies-1/. Also das Original von Fuji, nicht die Nacherzählung bei Fujirumors.

Daraus:

 

The pixel size of the GFX sensor is 5.3nm.

Cool, 1% der Wellenlänge, das nenn ich mal oversampling.

Gleich der nächste Satz ist auch ein fail:

 

This is actually 1.7x bigger when compared to 50MP 35mm format sensor.

Schließlich gilt der Faktor 1,7 für die Fläche, nicht für die Pixelsize.

 

Haben die niemanden, der so etwas Korrektur liest?

bearbeitet 15. Februar 2017 von tabbycat

[Rico Pfirstinger]

Haben die niemanden, der so etwas Korrektur liest?

 

 

Nein. Sonst hätte das Englisch in diesen Texten ja auch was mit Englisch zu tun.

[mjh]

Sony selbst hat sich ja dem Vergleich in sofern geschickt entzogen, als es ein erheblich kleinere Auflagemaß gewählt hat.

Sony hat ein Mittelformatsystem?

 

Aber natürlich spielt das Auflagemaß in diesem Zusammenhang sowieso keine Rolle.

[mjh]

Schließlich gilt der Faktor 1,7 für die Fläche, nicht für die Pixelsize.

Stimmt, aber da es hier um den Lichtverlust geht, ist tatsächlich die Fläche der relevante Faktor.

[tabbycat]

Aber natürlich spielt das Auflagemaß in diesem Zusammenhang sowieso keine Rolle.

Nur wenn man die Optiken vom Hinterlinsenabstand her konsequent länger rechnet. Aber wird das tatsächlich gemacht?

[tabbycat]

Stimmt, aber da es hier um den Lichtverlust geht, ist tatsächlich die Fläche der relevante Faktor.

Ist sie ja oft, dennoch verwenden wir zumeist Formatfatoren, weil wir auch deren Einfluss auf die Lichtmenge einschätzen können. "This" bezieht sich hier außerdem auf die "5,3 nm". Man hätte ja gleich die korrekten 28,1 µm² anführen können, "Größe" ist ja ein dehnbarer Begriff. Wäre von der Werbeaussage her eh die imposantere Zahl gewesen. Hat man aber nicht gemacht. Auf diese Weise (gleiche Bruttoauflösung KB/MF und eindimensionale Angabe) müsste der Faktor ja exakt dem Formatfaktor entsprechen, jedem fällt aber auf, dass 1,7 dann nicht stimmen kann. Das ist schon ein klein wenig Beschiss, wenn man zu Beginn der Argumentation suggeriert, bei dem Faktor handele es sich um den Formatfaktor und dann bringt man eine Zahl, die fast 1,5 Blenden Abstand zu KB bedeuten würde. Dabei ist es nicht mal eine.

[Gast]

Sony hat ein Mittelformatsystem?

 

Aber natürlich spielt das Auflagemaß in diesem Zusammenhang sowieso keine Rolle.

 

Je kürzer der Weg vom Austritt der Hinterlinse bis zu Sensor und je größer das dort liegende Sensorformat um so größer der Winkel

ausserhalb der Senkrechten auf dem Sensor. Was erst die Notwendigkeit bedingt, die dem Thread zu Grunde liegende.

Sony hat mit dem kürzen Auflagemaß der A7 nur über teure sehr niedrig brechenden Gläser nahezu paralles Licht auf den Sensor bringen.

...aber das spiel ja keine Rolle...

...müsste aber bei kürzem Auflagemaß zwangsweise einen größeren Pixelabstand bedingen...

Für mich ist es nur aus der Hinsicht interessant, als man einen Test mit digital optimierten Objektive hinreichend langem

Auflagemaß nutzen könnte und Sensoren mit egem und weiterem Pixelabstand daran vergleichen kann.

Für sich allein macht die Beschreibung der "Technik" noch keinen Sinn.

Ist es eine Kompromislösung zur "Milderung" des Senkrechtenproblems das aus dem Auflagemaß resultiert,

oder dient es eigenständig der Verbesserung eines Parameters?

bearbeitet 16. Februar 2017 von Gast

[tabbycat]

Je kürzer der Weg vom Austritt der Hinterlinse bis zu Sensor und je größer das dort liegende Sensorformat um so größer der Winkel

ausserhalb der Senkrechten auf dem Sensor.

Der Hinterlinsenabstand zum Sensor hat aber nur indirekt mit dem Auflagemaß zu tun. Man kann da eine beliebige Menge Luft in der Optik einschließen.

[Gast]

Stimmt, manche Hersteller bauen noch wild klappernde Spiegel dazwischen

[Rico Pfirstinger]

Bei der GFX liegt die Schnittweite jedenfalls deutlich unter dem ohnehin geringen Auflagemaß. Das eine oder andere Objektiv wird das vermutlich auch ausnutzen. 

[tabbycat]

Stimmt, manche Hersteller bauen noch wild klappernde Spiegel dazwischen

Nein, klappernde Spiegel sind ja Teil des Auflagemaßes. Die Luft in der Optik, vor der Hinterlinse, eben nicht. Genau diese Luft ist aber Ermessensspielraum, wenn ich einen größeren Abstand der Hinterlinse erreichen will, kann ich das damit bei jedem beliebigen Auflagemaß auch tun.

[mjh]

Nur wenn man die Optiken vom Hinterlinsenabstand her konsequent länger rechnet. Aber wird das tatsächlich gemacht?

Die Schnittweite spielt doch auch keine Rolle. Allein die Lage der Austrittspupille ist relevant. Das hatten wir doch schon öfter mal durchgekaut. Hier hat der Hersteller viele Freiheiten – um so mehr, je kürzer die minimale Schnittweite (16,7 mm bei der GFX) und je größer das Bajonett ist, was man ausnutzen kann, aber nicht muss. Um zu sehen, was Fuji da plant, müsste man mehr Objektive sehen – bislang gibt es ja nur ein Normalobjektiv, ein leichtes Tele, und ein zum Weitwinkelbereich tendierendes Standardzoom.

bearbeitet 16. Februar 2017 von mjh

[tabbycat]

Die Schnittweite spielt doch auch keine Rolle. Allein die Lage der Austrittspupille ist relevant.

Wie weit kann man die Austrittspupille denn nach vorne schieben? Respektive: Was können denn die optische Elemente dahinter noch machen, außer das Objektiv größer und schwerer (Luft macht wenigstens nur größer).

[mjh]

Wie weit kann man die Austrittspupille denn nach vorne schieben? Respektive: Was können denn die optische Elemente dahinter noch machen, außer das Objektiv größer und schwerer (Luft macht wenigstens nur größer).

Die Austrittspupille kann man bis Unendlich schieben – dann hätte man ein bildseitig telezentrisches Objektiv. In diesem Fall lägen alle optischen Elemente des Objektivs hinter der Austrittspupille, aber das heißt nicht, dass sie keine Funktion hätten – es sind die optischen Elemente hinter der Blende, die die Austrittspupille im Unendlichen platzieren. Die Austrittspupille ist ja nur ein virtuelles Bild. Obwohl ihre Lage reale Konsequenzen hat.

[tabbycat]

Die Austrittspupille kann man bis Unendlich schieben – dann hätte man ein bildseitig telezentrisches Objektiv.

Na ja, theoretisch vielleicht. Aber praktisch?

[mjh]

Na ja, theoretisch vielleicht. Aber praktisch?

Das geht auch praktisch. Ob es in dieser extremen Form sinnvoll ist, das ist eine andere Frage – für fotografische Zwecke lohnt es sich durchweg nicht. Es gibt aber sogar Anwendungen für Objektive, die objektseitig wie bildseitig telezentrische Objektive – bei denen also Eintritts- wie Austrittspupille im Unendlichen liegen (aber auf verschiedenen Seiten). Ein solches Objektiv bildet Motive unabhängig von ihrer Entfernung in konstanter Größe ab. Mehr über die Anwendungen telezentrischer Objektive findest Du unter https://de.wikipedia.org/wiki/Telezentrisches_Objektiv.

 

Jedenfalls kann man die Austrittspupille so legen, dass sie ein ganzes Stück vom Sensor entfernt ist, auch wenn Schnittweite und Auflagemaß kurz sind. Dazu muss nur die Hinterlinse hinreichend groß sein, damit es keine Vignettierung gibt.

bearbeitet 16. Februar 2017 von mjh

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