Матрица цифровой зеркалки, попытка разобраться, часть 1.

Заметка содержит ошибку в эксперименте, здесь оставлена для справки. См. часть 4.

Странная сложилась ситуация: с одной стороны, с выпуском новых зеркалок значение чувствительности (ISO) все время растет, вот уже и за 100000 перевалили, с другой, по результатам тестов, сделанных в пределах одного класса камер, отношение сигнал/шум чуть ли не ухудшаться стало.

Коллеги, работавшие с фотодатчиками профессионально, вообще удивились, что в них еще можно улучшить.

Я попытался снять данные по двум камерам, которые валялись под рукой, еще для одной мне результаты прислал

phirippu.
Для всех камер делались темновые снимки с экспозицией в 30 секунд и по ним строились гистограммы.

Ось абсцисс — значение, считанное с пикселя ("амплитуда" сигнала), ось ординат — количество пикселей с данным значением.

Для начала — посмотрим, как ведет себя старичок, 10-ти летней давности камера, пионер доступных зеркалок на основе CMOS датчиков:

А вот, как в тех же условиях ведет себя камера, выпущенная через 5 лет:

И прошлогодняя модель:

Первые выводы: старинный D30 никак не может конкурировать с последующими камерами, разница в количестве шумов колоссальная. А вот отличия между 20D и 450D неоднозначные: основная кривая распределения шумов у новой камеры покомпактнее, но дальше идут всплески неясной природы (грешу на засветку, так как этих пиков нет в синем канале), которые всю картину очень портят. Тут прогресс уже под большим вопросом, рекомендовать 450D как замену 20D нельзя.

Эти снимки были сделаны на "рабочем" значении ISO, 100.
Для 450D и 20D графики приведены к одной размерности по значению сигнала с учетом битности АЦП, для 30D шкала выбрана произвольно (для справки: значению 256 для 20D соответствует 64 у тридцатки, т.е. все еще хуже, чем на первый взгляд).

Для 800 все становится более гротескным:

Режим для съемки не пригоден совсем. ISO 1600 у этой камеры вообще странная шутка.

Та же самая картина, более новая камера практически не демонстрирует улучшения кривой, но дает странные выбросы. Здесь график обрезан справа, но в реальности эти выбросы идут до максимальных значений и даже перекрывают точку белого (это уже полностью выбитые "горячие" пиксели, очевидно).

Я на этом было успокоился, но тут поговорил с

antikaon, и сделал еще один снимок, уже с минутной экспозицией:

Пунктирная линия - гауссиана, соответствующая тепловым шумам матрицы. По предположению Андрея, отклонение от нее вправо вызвано шумами усилителей.