Dinamik aralık sensör bit derinliğinden nasıl daha büyük olabilir?

23

Kafamı karıştıran bir şey buldum ve bu yüzden buradaki kalabalığın kamerayla ilgili ve aynı zamanda teknik açıdan bu yana cevap verebileceğini düşündüm.

Birisi bana en düşük ISO değerinde 14.1 EV dinamik aralık gösteren Pentax K-5 için DXOMark sonuçlarını gönderdi. Ancak, sensörün 14 bit olduğu göz önüne alındığında, bu benim sezgime uymuyor ... CMOS-sensörü gibi doğrusal bir cihazın bitlere göre daha fazla DR yakalaması garip görünüyor. Ortada EV'leri atlayan seyrek bir dinamik aralığa sahip miydi?

sensor dynamic-range bit-depth

— Itai
kaynak

Yazdırma sekmesi altındaki Dinamik Aralık için DxO Mark puanı gerçek bir ölçüm değil, enterpolasyonlu bir teorik puandır. Lütfen sitedeki skorları ve nasıl hesaplandıklarını açıklayan sayfayı okuyun. Ekran sekmesinin altındaki DR , 14 bitlik bir sensör için daha gerçekçi bir sayıdır: 13.44 EV.

— Michael C,

Bu cevabı ve yorumları görün: photo.stackexchange.com/a/47512/15871

— Michael C

16

Renkli Cambridge'de bu konuda çok iyi bir yazı var. Sensörün doğrusal bir A / D dönüştürücüsü varsa, bit derinliği teorik bir sınır olarak 14 EV'de dinamik aralığı sınırlar. Bununla birlikte, eğer doğrusal değilse, bit derinliği mutlaka ilişkilendirilmez. Bundan, K-5'deki sensörün doğrusal bir A / D dönüştürücüsüne sahip olmadığını belirleyebileceğimizi düşünüyorum.

Kişisel deneyime göre, bu sensörün kesinlikle çok büyük dinamik aralığa sahip olduğunu söyleyebilirim. K-5 üzerinde az pozlanmış 8 durağa yakın bir görüntüyü kurtarmayı başardım .

— John Cavan
kaynak

O zamanlar çekim yaptığınız ISO1600'ün ISO16000 değil olduğundan emin misiniz? Bu, görüntüyü 8 değil 4'ün üzerinde aşırı pozlama yapar ve ACR'de +4 pozlama telafisini kullandığınızdan bağımsız olarak korelasyon yapar. Hala etkileyici, sadece sayıların doğru olduğundan emin olmak istiyorum.

— Matt Grum

1

Evet, 16000 idi, sekanstan (ve deneklerden) aynı diyafram açıklığı ve çekim hızı ile başka bir imgem var. ACR sadece pozlamada 4'lük bir durdurma ayarına izin veriyor, bu yüzden daha fazla ayrıntı elde etmek için doldurma ışığını 100'e de çekmek zorunda kaldım. Hmm, belki de makaleyi ara adımlarla güncellemeliyim. Kasten 10 durak altında benzer bir örnek gördüm ve yükseltme işlemimi şimdi Ocak ayında değil tetikleyen de buydu. :)

— John Cavan,

+1, bu Cambridge in Color makalesinde mükemmel. Daha büyük fotositlerin değerini (daha derin "kuyular") ve dinamik aralıkları nasıl etkilediklerini açıklamak için harika bir iş çıkarır. Muhtemelen, çoğu sensörün tamamen doğrusal olmadığı, çoğunun zayıflatılmış bir A / D conv'ye sahip olduğu da belirtilmelidir. eğrinin (S-eğrisi) gölgenin uç noktalarına ulaşması ve vurgulanması. RAW'da, dijital bir sensör, makalenizin gösterdiği gibi daha sonra kurtarılabilecek birçok veriyi yakalayabilir.

— jrista

jrista - Renkli Cambridge'de, dSLR çekimine başladığımda çektiğim ilk fotoğraf sitelerinden biriydi. Onlara geri dönüyorum, çok iyi yazılmış ve takip etmesi kolay.

— John Cavan

@ John: Kabul etti. CinC harika bir sitedir ve hem yeni başlayanlar hem de deneyimli fotoğrafçılar için yararlı bir seviyede çok iyi yazılmıştır. Bu yapılması zor bir şey.

— jrista

7

Dinamik aralık sensör bit derinliğinden nasıl daha büyük olabilir?

Dinamik aralık, duyarlılık eğrisinin doğrusal kısmındaki en parlak ve en karanlık yoğunluklar arasındaki oranın logaritmasıdır . Başka tanımlamalar olabilir, ancak genel olarak sahnenin nesnel fiziksel özellikleri olan iki yoğunluğun oranından türetilmiştir. Bu gerçek bir sayıdır.

Bit derinliği, sürekli değişkeni ölçmek için kullanılan kanal başına bit sayısıdır. Daha fazla bit derinliği, aralarında daha belirgin gri tonları verir. Bu sadece bir görüntünün bilgisayar hafızasında nasıl temsil edildiğinin bir sorusudur.

Dinamik aralık, sensörün ne kadar kontrast kaydedebileceğini gösterir. Bit derinliği, kameranın kaç isim verebileceğini yansıtır. Veya kameranın menzili ne kadar parçaya bölebileceği. Bir kamera bir cetvel olsaydı, dinamik aralık cetvelin uzunluğu (logaritması) olurdu ve bit derinliği kenarı boyunca işaretlerin (logaritması) olurdu. Ve uzunluğu istediğiniz kadar parçalara bölebilirsiniz. Benzer şekilde, bit derinliği dinamik aralık ile aynı olmak zorunda değildir.

Dinamik aralık S EV ve bit derinliği n ise, fotoğraf makinesinin en az olduğu kadar büyük kontrastlı sahneleri kaydedebileceği anlamına gelir.

$I_{max}/I_{min} = 2^S$

(Aslında sensör yanıt eğrisinin doğrusal olmayan kısmını da kullanıyorsanız, biraz daha fazla). Ve teorik olarak ayırt edebilirsiniz

$N=2^n$

grinin tonları.

12 bitlik RAW yazabilen kompakt bir kameraya sahibim. Yüksek bit derinliğine rağmen, dinamik aralığı çok mütevazı. Sensör, aşırı ve düşük pozlama olmadan yüksek kontrastlı bir sahne kaydedebiliyorsa, ancak bit derinliği düşükse, bu sahne birkaç ara renkle temsil edilir.

— sastanin
kaynak

+1, harika cevap. Bir ipucu: İhtiyaç duyduğunuz kelimenin “ayrıklaştırmak” yerine “nicelemek” olduğuna inanıyorum: Quantize -verb: Math, Physics. sürekli bir değer kümesi yerine , ayrık değerlerle (değişken bir miktar) kısıtlama yapmak .

— jrista

Teşekkür ederim. İngilizcem mükemmel olmaktan uzak, ama bilgisayar ve matematik dünyasında görünüyor ayrıklaştırılabilir sürekli uzay hesaplama amacıyla eşdeğer bir ayrık alanı ile değiştirildiğinde daha uygundur en.wiktionary.org/wiki/discretize (örneğin bir gerçek IEEE kayan nokta değerine sahip bir sayı veya bir tam sayı). Özelleştirme bir yazılım mühendisliği kararıdır. Benim için nicel değişken, bunun yerine, bazıları dışındaki tüm değerlerin yasaklandığı bir değişkendir. Yani “nicel” benim için fiziksel bir kısıtlama gibi geliyor. Ama haklı olabilirsin.

— sastanin

Teknik olarak konuşursak, bir sensör ışığı belirli, fiziksel olarak sınırlı "kovalar" içine "ölçmektedir". 12 bitlik bir RAW görüntü varsayarsak, 'ayrıklayabileceğiniz' 4096 ayrık "quanta" vardır. Ayrıklaştırmanın, bir algılayıcıyla, değişken bir sayıdaki gizli alanlara gerçek bir alan aktarabileceğiniz anlamına gelmesi durumunda, ayrık alan sabitlenir ve analog alanı dönüştürebileceğiniz yalnızca 4096 belirli ayrık değer vardır. Çok önemli bir nokta olabilir, ancak miktarın burada daha uygulanabilir olduğunu düşünüyorum. ;)

— jrista

TAMAM. İkna oldum.

— sastanin

@jrista İngilizce'yi tartışırken, istediğiniz kelime "gizli" değil, "gizli" dir.

— coneslayer

2

Öncelikle açık olmak gerekirse, dinamik aralık gürültü ile ters bir ilişkiye sahiptir - düşük gürültü (tümü eşit) daha büyük bir dinamik aralığa yol açar. Gürültü, öncelikle sensör elektroniklerinden (okuma gürültüsü, karanlık akım gürültüsü), ışığın ayrık doğasından (foton / atış gürültüsü) ve analogdan dijitale dönüşümden (niceleme gürültüsü) gelir.

DXO işareti dinamik aralık skorları, sensörü doyurmak için gereken ışık yoğunluğu ve SNR'nin 1: 1'e çarptığı ışık yoğunluğu (yani sinyalin gürültüye eşit olduğu nokta) arasındaki farka dayanır.

Çekim gürültüsü ve okuma gürültüsünün olmaması durumunda, doğrusal yanıtlı bir sensörün DR'sinin bit derinliğine eşit olmasını beklersiniz. K-5'in bu gürültü kaynaklarının varlığındaki skoru göz önüne alındığında, bana, görüntü boru hattının orta derecede bir doğrusal olmayan dereceye (tüm sensörler bir miktar doğal doğrusal olmayanlığa sahip olduğunu), muhtemelen dinamik aralığı artırmak için bu şekilde tasarlandığını göstermektedir.

Doğrusal olmama, bit derinliği sınırından kaçmaya yardımcı olur, tonostatta başka bir yerde kaybedeceğiniz gölgelerdeki derecelendirmelerde kazandığınız şeyleri ısırır (muhtemelen daha az önemli bir yerde olsa da). Ücretsiz öğle yemeği diye bir şey yoktur!

K-5 ile ilgili olarak, çoğunlukla okuma gürültüsü ile belirlenen düşük ISO duyarlılığında sınıf lideridir. Üreticilerin dikkatlerini bu alana yönelttiğini görmek gerçekten harika ve dikkatini tamamen hak ediyor, ancak daha yüksek ışık hassasiyetine sahip dinamik aralık, yalnızca daha fazla ışık yakalayarak karıştığı foton gürültüsünün hakimiyeti altında. . Bazı insanlar baskın olarak ISO400 ve üzeri çekim yaptıkları için bunu aklınızda tutmaya değer!

— Matt Grum
kaynak

ISO80’de, K-5’in çarpıcı olduğunu ve düşük ISO aralıkları için bazı orta format ve tam karelerle iyi bir şekilde yığıldığını kabul ediyorum. ISO atlamaya başladığında ipucunu kaybetmeye başlar. Ancak, hala oldukça yakın kalmayı başarıyor, bu yüzden Sony (sensörü yapan) ve Pentax (uygulayanlar) için oldukça büyük bir başarı. D7000, aynı sensörde bir değişken olduğu ve Nikon'un uygulamalarında çok iyi bir iş çıkardığı için çok benzer özelliklere sahip.

— John Cavan

0

"Dinamik aralık" (DR) mutlak bir özellik değil.

DR'nin en kaba tanımı "sensörün en iyi şekilde kaydedebileceği en parlak ve en koyu gri yoğunlukları arasındaki oran" dır.

Dijital sensörün DR'si iki ölçümden elde edilir:

belirli bir renk sıcaklığında kırpma yoğunluğu [en hassas kanal için] (DxO muhtemelen D65 kullanıyor);
Sınırlı miktarda gürültü üreten yoğunluk (yani eğer daha karanlık ise gürültü kabul edilemez).

Daha sonra, dijital görüntünün DR'sini hesaplamanın iki yolu vardır.

Aptalca yol gürültüyü hesaplamak için piksel verilerini kullanmaktır (DxO sitesinde "ekran" ölçümleri). Doğrusal sensörün DR'sini X bit ADC ile bu şekilde hesaplarsanız, hiçbir şekilde X EV'den büyük olamaz.
Akıllı yol (bu, farklı çözünürlükteki kameralardan gelen fotoğrafları karşılaştırmanın mümkün olan tek yoludur) gürültüyü hesaplarken çözünürlüğü dikkate alıyor (DxO'da "yazdırma" ölçümleri). DR, bu şekilde ADC ile sınırlı değildir, biri daha büyük sensöre ve aynı ADC'ye sahip bir kamerayı yapabilir ve algılanan daha büyük dinamik aralığa sahip olur.

Böylece, DR'lerde EV'lerde ifade edilen "ekran" herhangi bir kamerayı bulamazsınız.

Diğer cevaplar üzerine yorumlar:

Bundan, K-5'deki sensörün doğrusal bir A / D dönüştürücüsüne sahip olmadığını belirleyebileceğimizi düşünüyorum.

Geliştirilen doğrusal olmayan A / D dönüşümü olan tek bir dijital sensör yoktur. Kameranın yaptığı her ton dönüştürme (sinema kameralarının özel çıkış modları ve özellikle Sony A7 serisi dahil), ayrı veriler kullanılarak yapılır.

Kodak DCS Pro 14n, çıkışın parçalı doğrusal olduğu çift eğimli ADC çalışma moduna sahiptir.

K-5'in bu gürültü kaynaklarının varlığındaki puanları göz önüne alındığında bana, görüntü hattının orta derecede doğrusal olmayan bir derece olduğunu gösteriyor.

K-5 mükemmel düz tepkiye sahiptir (muhtemelen tek dışlama Kodak DCS Pro olan diğer tüm kameralarda olduğu gibi). Kendim ölçtüm.

Not: DxO Labs, "baskı" ölçümleri için herhangi bir şeyi yeniden boyutlandırmıyor ya da yazdırmıyor, formüllerde yeniden çözülme katsayısı kullanıyorlar. Sidenote: Bu yazıda "linear" "logarythmic" değil.

— Euri Pinhollow
kaynak