Ввиду того, что свет имеет дискретную физическую природу, т.е. излучается фотонами, на единичную площадь поверхности за короткий промежуток времени попадает определенное N-е число фотонов. Очевидно, что чем меньше площадь, тем меньше фотонов попадает на пиксель.
То что на пиксель попадает конечное число фотонов это и вызывает проблемы. Современный пиксель может за время экспозиции накопить порядка 60 тыс фотонов (плюс-минус). Чем больше пиксель, тем большее число фотонов он может накопить за время экспозиции. Когда пиксель накапливает максимум фотонов, он насыщается, т.е. больше уже принять не может - это макс. выходной сигнал, белый цвет, переэкспозиция.
АЦП камер имеют разрядность 12 - 16 бит, т.е. дают 4000 - 65000 ступенек сигнала с субпикселя. 16 битное АЦП в принципе регистрирует фактически 1 фотон.
А теперь собственно главная проблема!
Кроме того, что свет дискретен, так фотоны еще летят и неравномерно, пачками. Это явление называется фотонный шум. Поэтому при одинаковом равномерном освещении, на соседние пиксели будет прилетать разное число фотонов. Чем меньше освещенность, тем сильнее выражен фотонный шум. Чем больше площадь пиксела, тем эффект фотонного шума меньше, поскольку неравномерность фотонов усредняется.
Вывод: теоретический предел шума с матрицы - это уровень фотонного шума.
