¿Qué factores afectan el rango dinámico de un sensor?

Entiendo qué es el rango dinámico, pero estoy interesado en qué es lo que permite que diferentes sensores tengan un mayor rango dinámico sobre otros sensores.

Por ejemplo, la explicación clásica de un fotosito sensor es que es como un 'cubo' que se llena de fotones. Entonces, ¿esto significa que algunos sensores tienen "cubos más profundos" que otros, lo que permite una mayor variación? ¿O el aumento en el rango dinámico siempre está en las sombras? ¿Es un efecto directo de reducir el ruido/bajar el ruido de fondo para que las lecturas más bajas sean más significativas (porque no están enmascaradas por el ruido)?

Ayúdenme a comprender los factores que contribuyen al rango dinámico de un sensor.

Esta es una buena pregunta, pero no estoy seguro de si es realmente sobre el tema aquí. Probablemente se trate más de la fabricación de semiconductores que de la práctica real de la fotografía.
@Caleb No estoy de acuerdo. Para comprender cómo obtener lo mejor de su cámara, es cada vez más necesario comprender la forma en que funciona la tecnología que contiene (y especialmente el sensor). Creo que esto es análogo a comprender el stock de películas en tiempos pasados ​​(no las diferentes apariencias de diferentes stocks, sino las diferentes respuestas). Las técnicas como ETTR se derivan completamente de la comprensión de cómo funciona un sensor (y el procesamiento subsiguiente).
¿Quizás la pregunta debería reformularse entonces para considerar qué se puede hacer para aprovechar al máximo el rango dinámico proporcionado por un sensor? No hay nada que pueda hacer para aumentar la eficiencia de los sitios de fotos en el sensor (bueno, tal vez disparar exclusivamente en condiciones árticas), pero cómo trabajar con el rango dinámico que tiene parece una pregunta más relevante.

Respuestas (2)

En lugar de considerar la profundidad del balde, tal vez el área de la superficie sea más apropiado, o tal vez considere un balde en forma de cono donde el área de la superficie y la profundidad estén relacionados.

Los fotones en un fotodetector, como la lluvia en un balde, tienen una variación aleatoria, pero cuanto mayor sea el área de muestreo, mejor será el promedio que obtendrá, por lo que tendrá menos ruido aleatorio y podrá distinguir mejor con precisión entre variaciones sutiles. ya que es más probable que sean variaciones de color reales que ruido aleatorio. En el extremo oscuro de la escala, el problema es que hay relativamente pocos fotones, por lo que se necesitan menos fotones perdidos para estropear el promedio e inducir ruido. Al final de la luz, demasiados fotones inundan el fotodetector y llega a su límite y terminas con reflejos quemados. Un fotodetector más grande puede absorber más fotones que uno pequeño antes de alcanzar la carga eléctrica máxima que puede alcanzar.

La escala del cubo también importa. Incluso si tiene un cubo muy profundo, pero tiene una escala muy gruesa, solo podrá representar una pequeña cantidad de datos.

Algunos sensores más baratos a veces solo capturan 8 bits por canal de RGB incluso si permiten RAW, mientras que 12 o 14 bits por canal son comunes en las DSLR. Cada bit adicional duplica las graduaciones en la escala que se puede representar.

Imagina dos cubos de la misma profundidad, pero uno con una escala en pulgadas y el otro con una escala en mm. En el procesamiento posterior, cuando extiende el detalle, el cubo con la escala en mm tendrá mucha más información: digamos que la primera pulgada es negra, ese es un color, pero habrá alrededor de 25 mm, es decir, 25 tonos diferentes en ese mismo espacio para el que tiene la escala más fina.

En términos generales, los fotodetectores más grandes y la mayor profundidad de bits le brindarán un mayor rango dinámico. Los fotodetectores más grandes para cualquier tamaño de sensor dado le darán una resolución de píxeles más baja, por lo que hay una compensación. Esta es una de las razones por las que los sensores de formato medio y de fotograma completo son populares entre los profesionales, ya que tienen grandes sitios de detección de fotos en sus sensores y muchos de ellos brindan un excelente rango dinámico y alta resolución.

Parece que lo has hecho bien, así que te lo explicaré con mis palabras.

El "rango" en "rango dinámico" se relaciona con la cantidad de nivel disponible entre el negro total y el blanco total. Usando la analogía del balde, las principales limitaciones serían:

  1. Algunos cubos son más pequeños que otros: establece el límite en los blancos
  2. Para empezar, algunos cubos nunca están vacíos (ruido): establece el límite en los negros

La primera limitación tiene más que ver con el formato digital de almacenamiento de imágenes que con la calidad del sensor, y la segunda depende principalmente de la calidad del sensor.

Ahora, dado que la calidad del sensor en estos días es excelente, la mayoría de los fotógrafos le dirán que si tiene que elegir entre subexponer y sobreexponer, opte por el primero porque los niveles de ruido son tan bajos que podría aclararlo en el proceso posterior y obtener una buena cantidad de detalles.

Si bien esta es una buena analogía, no explica el ruido del sensor de la vida real y las mejoras que se han realizado en los últimos años, principalmente porque omite un análogo al tamaño del cubo (el tamaño de píxel se usa con frecuencia). Sin embargo, la mayoría de los análogos en los que podría pensar son limitantes. Siempre hay factores adicionales como la eficiencia cuántica y la transmisión de luz, la temperatura y probablemente muchos más que no conozco. Ni siquiera puedo explicar por completo los nombres, ¡pero estoy muy interesado en una respuesta extensa!
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