Belirli noktaların ötesinde ışık yoğunluğunu yakalamada modern dijital kamera sensörlerini tam olarak sınırlayan nedir?
Belirli noktaların ötesinde ışık yoğunluğunu yakalamada modern dijital kamera sensörlerini tam olarak sınırlayan nedir?
Yanıtlar:
Belirli noktaların ötesinde ışık yoğunluğunu yakalamada modern dijital kamera sensörlerini tam olarak sınırlayan nedir?
Sensörün kendisinin fiziksel özellikleri açısından:
Her foto sitede (a / k / a sensel, piksel kuyusu, vb.) Serbest bırakılma potansiyeli olan daha fazla elektron kalmayana kadar foton grevlerinin sayısı ve bu foton grevlerinden kaynaklanan serbest elektronların sayısı, tam kuyusunu tanımlar. kapasite. Emülsiyonda, geliştirici tarafından atomik gümüşe dönüştürülmek için yeterince 'duyarlılık lekesi' bulunmayan kalan gümüş halid kristalleri olmadığında tam doygunluğa ulaşıldığı filmden çok farklı değildir.. Temel fark, her teknoloji tam kapasiteye yaklaştığında tepki eğrilerinin şeklidir. Dijital sonuçlar, tam kuyu kapasitesine ulaşılana kadar foton başına aynı sayıda elektron salınır. Film tam doygunluğa yaklaştıkça, kalan gümüş tuzlarını etkilemek için gittikçe daha fazla ışık enerjisi (veya geliştirme süresi) gereklidir.
Analog gerilimleri dijital veri olarak kaydetme açısından:
Sensörden her bir fotositten gelen analog voltaj (a / k / a 'sensel', 'piksel kuyusu' vb.) Okunduğunda, sinyale amplifikasyon uygulanır. Kameranın ISO ayarı ne kadar amplifikasyon uygulanacağını belirler. ISO'nun her stop artışı için iki kat daha fazla amplifikasyon uygulanır. Kameranın "taban" duyarlılığı (basitlik uğruna, ISO 100'e, giriş voltajının çıkış voltajına eşit olduğu 1.00X'lik bir amplifikasyon kullanalım) kullanılırsa, tam kuyu kapasitesine ulaşan fotoğraf siteleri, amplifikasyon sonrası maksimum voltaj okumasına neden olmalıdır. ADC'yi besleyen analog devre. ISO 200 (2.0X amplifikasyon) kullanılırsa, yarım (1/2) tam kuyu kapasitesine veya daha fazlasına ulaşan herhangi bir senselden gelen voltaj, amplifikasyon sonrası devresinde izin verilen maksimum voltaja yükseltilir.
1.0X'den daha büyük herhangi bir amplifikasyon, her bir fotositin tam kuyu kapasitesinden daha düşük bir "tavan" uygulayacaktır. Yüksek amplifikasyon kullanıldığında, tam kuyu kapasitesinden daha zayıf sinyaller, amplifikatörden aşağı doğru olan devrelerin maksimum voltaj kapasitesine de ulaşır. Amplifikasyondan sonra "metreyi sabitleyebilecek" kadar güçlü olan herhangi bir önceden amplifiye edilmiş sinyal seviyesi, "metreyi sabitleyecek" diğer önceden amplifiye edilmiş sinyal seviyesinden ayırt edilemez.
Bu güçlendirilmiş analog sinyaller, analogdan dijitale dönüştürücü (ADC) tarafından dijital verilere dönüştürüldüğünde, devrenin maksimum voltaj kapasitesindeki sinyallere, analogdan dijitale dönüştürmenin bit derinliğinin izin verdiği maksimum değer atanır. 8-bit değerlere dönüştürülürse, gerilimlere 0-255 arasında ikili bir değer atanır. ADC'yi besleyen analog devre tarafından izin verilen maksimum sinyal 255 olarak kaydedilir. 14 bit ise, gerilimlere 0-16,383 arasında bir değer atanır ve maksimum değere 16,383 ikili değer atanır vb.
Aslında fotoğraf çektiğinizde sunulan paket:
Amplifikasyon fotoğraf makinesinin "temel" hassasiyetindeyken ve çekim süresi ve diyafram birleştirildiğinde en parlak ve en karanlık² öğeler arasında en fazla farkı ve en iyi tonları elde edersiniz. sahne tam doygunlukta veya yakınında olacak kadar pozlama sağlar. Daha yüksek bir ISO değeri kullanmak, yapmak istediğiniz görüntü için sahnede vurguların tam doygunluğuna yaklaşacak kadar uzun veya yeterince geniş bir diyafram açıklığı ile pozlamanın mümkün olmaması durumunda yararlıdır. Ancak daha yüksek bir ISO kullanmanın bir bedeli vardır. Toplam dinamik aralık, sensörden çıkan elektrik sinyallerinin daha yüksek amplifikasyonu ile azaltılır.
Öyleyse neden her zaman ISO 100'de çekim yapmıyoruz veya kameranın temel ISO'su her neyse ve daha sonra pozlamayı daha sonra gönderiyoruz? Çünkü bu şekilde yapmak görüntüdeki "paraziti" daha yüksek ISO değerlerinde çekim yapmaktan daha fazla büyütme eğilimindedir. Daha fazlası, sinyale ne kadar ve nerede gürültü azaltma yapıldığına bağlıdır. Ancak sensörden çıkan analog voltajlara gürültü azaltma uygulayarak gürültünün etkisini azaltmak da bir fiyatla gelir - çok loş ışık kaynakları genellikle "gürültü" olarak filtrelenir. Bu nedenle, gürültü azaltma açısından çok iyi düşük ışık / yüksek ISO performansına sahip bazı kameralar, astrofotografçılar tarafından "yıldız yiyiciler" olarak da bilinir.
¹ Bir fotonun içerdiği enerjide, salındığı frekansa bağlı olarak küçük bir değişiklik vardır. Düşük frekanslarda salınan fotonlar, sensele çarptığında yüksek frekanslarda salınan fotonlardan biraz daha az enerji salar. Ancak belirli bir frekans / dalga boyunda salınan fotonlar için, bir piksel kuyusunun dibine vurulduğunda açığa çıkan enerji miktarı, tam kuyu kapasitesine ulaşılana kadar aynıdır.
² Bir sensör (veya film) tarafından kaydedilebilen en karanlık ve en parlak öğeler arasındaki farkı , kayıt ortamının dinamik aralığı olarak adlandırırız. Dijital kamera ile hassasiyet artışının (ISO) her duraklaması için, "sıfır" ve "tam doygunluk" arasındaki doğrusal voltaj farkı yarıya iner. 'Ev' gibi logaritmik ölçeklere dönüştürüldüğünde, duyarlılık iki katına çıkarıldığında dinamik aralığın bir 'durağı' azalır (diğer her şey eşittir, nadiren olduğu gibi).
Michael Clark'ın mükemmel cevabına ek olarak (tam kuyu kapasiteli kırpmayı ve ADC kırpmayı açıklar), dijital fotoğrafçılık kanalında kırpmanın meydana gelebileceği birkaç nokta daha vardır:
RAW olmayan görüntüler için, aygıttaki renk düzeltme / sıkıştırmadan önce otomatik gama ayarlama sırasında ve sıkıştırmanın kendisi sırasında.
Bir görüntüyü JPEG veya MPEG olarak sıkıştırdığınızda, donanım bit derinliğini sıkıştırılmış ortamın desteklediği her şeye keser, bu da genellikle donanım bit derinliğinden çok daha azdır. Bu kesilme nedeniyle, her iki parlaklığın da yakınındaki değerler kaybolur.
Sıkıştırmadan önce, kameranız, kompresör tarafından sağlanan sınırlı bit derinliğine uyan etkili dinamik aralığı etkileyebilecek renk düzeltme ve gama ayarlamaları uygular. Örneğin, Canon Log modunda video kaydederken, sahnenin en karanlık ve en açık kısımları matematiksel olarak merkeze doğru çekilir, böylece etkili dinamik aralık önemli ölçüde artar ve görüntünün daha az kısmı aralığın her iki ucunda kırpılır.
Son işlem sırasında. Bir görüntünün parlaklığını önemli ölçüde değiştiren son işlem gerçekleştirirken, hesaplamanın erken aşamalarında değerlerin gerçekte onları tutmak için kullanılan bit sayısı ile doğru bir şekilde temsil edilebilecek aralığı aşmasına neden olabilir. Nadiren de olsa, bu bazen gerçekleşir ve gerçekleştiğinde, fotoğrafın orijinal görüntüde gerçekte kırpılmayan bölgelerinde bile kırpılmaya neden olabilir.
Görüntüyü yazdırırken veya görüntülerken renk gamı düzeltmesi sırasında. Renk düzeltmesi yaparken, bazen gamın dışında kalan ve çıktı ortamı tarafından doğru şekilde çoğaltılabilen değerler elde edebilirsiniz. Bu noktada, renk motoru bu gamut dışı değerlerle ne yapılacağına karar vermek zorundadır. Bu aynı zamanda etkili bir şekilde kırpma ile sonuçlanır, ancak çoğu insanın kırpma hakkında konuştuklarında görsel olarak biraz farklı göründüğünden, genellikle yanlış renkte görünen şeylerle sonuçlanır.
Kolay ampirik açıklama:
Çok parlak bir ampule bakın, eğer ışık yeterince parlaksa, ampulün içini göremezsiniz çünkü öğrencileriniz daha fazla kapanabilir ve retinanıza çarpan, doyurarak ve ulaşan bilgileri hala çok fazla ışık vardır beyniniz kırpılır (sadece parlak ışığı görürsünüz, ancak ışık içindeki ayrıntıları göremezsiniz). Bu yüzden denerseniz, yapmamalısınız, doğrudan güneşin berrak bir gökyüzüne bakmak için güneşi değil, yoğun bir ışığı göremezsiniz ( uygun koruma aslında gözlerinize veya fotoğrafik ekipmanlarınıza, lenslerinize ve sensörünüze kalıcı olarak zarar verebilir)
Herhangi bir sensör aynı şekilde davranır (kameranızdan veya başka bir şekilde). Sinyal (bu durumda ışık) kapasitesi için çok yüksek olduğunda (doygunluk seviyesine ulaşır), ek bilgileri keser, daha fazla sinyal ayırt edemez, içinde değerli bir bilgi olmadan sadece düz bir yüksek sinyal iletir.