“Evrensel maruziyet” ayarı pratik olarak mümkün olabilir mi?

Bu sorunun ne kadar eğitimsiz olduğundan emin değilim, ama öğrenmeye ilgi duyuyorum, bu yüzden hoşgörünüz için şimdiden teşekkürler.

Film, maruz kaldığı süre boyunca fiziksel olarak değişir. Ancak dijital bir sensör; sadece veri okumak. Kameranın her pozlama noktasında sensör okumalarının ne olduğunu "hatırlaması" için herhangi bir neden var mı? Sadece veri. Çok fazla veri olabilir, ama bunu yapmak isteyebileceğiniz zamanlar vardır, değil mi? İşleme sonrası işlemlerde çok daha fazla esneklik sağlar.

Veri depolama bir sorun olmasaydı, bunun en azından profesyonel ve sanat fotoğrafçılığı için norm olmamasının bir nedeni var mı?

Dijital bir sensör en iyi şekilde "veri okuma" olarak tanımlanmaz. Bunu tanımlamanın çok daha iyi bir yolu, daha sonra toplama süresi bittikten sonra ürettikleri mikroskopik elektrik yüklerini ölçerek verilere dönüştürülen "fotonları toplamak" tır . Işık topladıkları için her pikselin değişen durumunu sürekli olarak kaydetme kabiliyetleri yoktur. Ve sensöre ne kadar az veya ne kadar ışık düştüğüne bağlı olarak, rastgele fotonun rastgele veriler üretilmeden önce sensöre çarpması uzun zaman alabilir. Öte yandan, çok parlak ışıkta bazen piksel yuvalarının hepsi o kadar hızlı dolabilir ki sensöre düşen ek fotonlar kaybolur.

İlk senaryoda, piksel kuyucuklarına düşen fotonların yarattığı gerilimleri toplamak için kullanılan sensörden akan enerji tarafından üretilen "gürültü" yoluyla ayırt edilebilir bir model oluşturmak için yeterli foton toplanmaz. Böylece kullanılabilir hiçbir bilgi toplanmaz. Tüm fotoğrafınız rastgele renk ve ışık lekeleriyle karanlık.

İkinci senaryoda o kadar çok foton toplanır ki, her piksel tam doygunluk olarak adlandırılan aynı maksimum değerde okunur ve görüntüdeki her piksel aynı değere sahip olduğundan kullanılabilir hiçbir bilgi korunmaz. Tüm fotoğrafınız düz parlak beyazdır.

Sadece yeterli fotonlar bir sensöre çarptığında, birim zaman başına daha fazla foton alanların, birim zaman başına daha az fotonun çarptığı alanlardan daha yüksek bir okuma değerine sahip olduğu görülür. Ancak bundan sonra sensör, değişen parlaklıktaki alanlar arasında ayrım yapabilen anlamlı bilgiler topladı.

Yağmur damlaları toplamak için bahçenizde bir dizi su kovası yerleştirdiğinizi düşünün. Hepsinin içinde biraz su olduğunu düşünün ama yerleştirmeden önce boşaltın. Bazıları evinizin çatısının saçaklarının altına yerleştirilmiştir. Bazıları bahçenizdeki büyük ağaçların altına yerleştirilir. Bazıları açık olarak yerleştirilir. Bazıları suyu oluklarınızdan avluya döken musluğun altına yerleştirilir. Sonra yağmur yağmaya başlar.

Diyelim ki çok kısa bir süre yağmur yağıyor: 15 saniye. Her kovada birkaç damla su vardır. Ancak her bir kovada, her bir kovaya daha fazla yağmur suyu düşüp düşmediğini veya kovaları koymadan önce suyu boşalttığınızda kovaya birkaç damla daha düşüp düşmediğini anlayabilmek için yeterli su yoktur. bahçede. Avlunun hangi bölgelerine ne kadar yağmur yağdığını belirleyecek kadar veri olmadığından, tüm kovaları dışarı atıp tekrar yağmur yağmasını beklersiniz.

Bu kez birkaç gün yağmur yağar. O zaman yağmur durur avludaki her kova taşar. Bazı kovaların diğer kovalardan daha hızlı doldurulduğundan emin olsanız da, hangi kovaların en hızlı ve hangi kovaların en son dolduğunu bilmenin bir yolu yoktur. Bu yüzden kovaları tekrar boşaltmanız ve daha fazla yağmur beklemeniz gerekir.

Üçüncü denemenizde üç saat boyunca yağmur yağar ve daha sonra yağmur yağmayı durdurur. Avluya çıkıp kovalarını inceliyorsun. Bazıları neredeyse dolu! Bazılarının içinde neredeyse hiç su yok! Çoğu iki uç arasında değişen miktarlarda suya sahiptir. Artık bahçenizin her alanında ne kadar yağmur yağdığını belirlemek için her bir kova yerini kullanabilirsiniz.

Dijital kameralarda pozlamayı değiştirmemizin nedeni, en parlak alanların neredeyse doygun olmasına rağmen yeterince doygun olmayacak kadar ışık toplamaya çalışmaktır.İdeal olarak bu, kamera temel ISO duyarlılığında gerçekleşir. Ancak bazen bunu yapmak için yeterli ışık yoktur. Mevcut en büyük diyafram açıklığında bile, deklanşörü açık bırakmaya cesaret edeceğimiz en uzun sürede yeterli miktarda ışık toplayamayız (nesnelerimizin hareketi nedeniyle). Bu durumda yaptığımız şey, kameradaki ISO ayarını ayarlamaktır, böylece sensörden çıkan tüm değerler, en yüksek değerleri neredeyse doymuş, ancak tam olarak doymamış olan bir noktaya getiren bir faktörle çarpılır. Ne yazık ki, sinyali yükselttiğimizde (piksel kuyucuklarına inen fotonlar tarafından oluşturulan voltajlar) gürültüyü de (her bir piksel kuyusundan voltaj toplamak için kullanılan akım tarafından üretilen rasgele eşit olmayan voltajlar) arttırırız. Bu, sinyal / gürültü oranının düşmesine neden olur sensörden topladığımız verilerden yaratabileceğimiz detay miktarını azaltır.

Obtüratör açıkken çeşitli aralıklarla toplanan fotonların sayısının "çalışan toplamını" korumasını engelleyen başka teknik sınırlamalar da vardır. Soruna yeterince para atın ve bu sınırlamaların bazıları en azından kısmen aşılabilir. Ancak ya fizik yasalarının değişmesi gerekecek ya da bu sınırlamaların üstesinden gelilmeden önce sensörlerin foton sayma şeklini tamamen değiştirmemiz gerekecek. Sonunda bu cihazların bazılarındaki veya tamamındaki teknoloji, şu anda çok yüksek kaliteli görüntüler yakalama şeklimizin yerini alabilir, ancak henüz orada değiliz.

Bunun için teknolojimiz zaten var. Her pozlama noktasında sensör okumalarını hatırlamak için kullandığımız terim "video" dur ve istediğin şey, birden çok video karesinden optimum bir hareketsiz görüntünün yeniden yapılandırılmasıdır.

Bununla ilgili Microsoft Research çalışmasına genel bir bakış için buradan başlayın: http://research.microsoft.com/en-us/um/redmond/groups/ivm/multiimagefusion/

Kullanılabilir bir örnek için, bir telefon kamerasıyla çekilen video karelerini birleştirerek düşük ışıkta gürültüyü azaltmak için kullanılabilecek Synthcam uygulamasına bakın: https://sites.google.com/site/marclevoy/

Bu, günlük fotoğrafçılık için pratik olmanın uzun bir yoludur, ancak gelecekteki kameraların, daha sonra seçerek ve birleştirerek fotoğrafçının istediği sonucu elde etmesini sağlayan yüksek çözünürlüklü, yüksek kare hızında videoların birçok karesini çekeceği düşünülebilir.

2016 sonu güncellemesi: Orijinal cevabı yazdığımda, bu pazardan bir yoluydu. 2016'nın sonlarında çok daha yakın görünüyor. Marc Levoy'un "See In The Dark" uygulaması, ay ışığından kullanılabilir görüntüler üretmek için bir tüketici akıllı telefonunda sabitleme ile birden fazla video karesini birleştiriyor. Ayrıca, birden fazla küçük sensörü tek bir görüntüye entegre eden Light L16 kameraya bakın .

Orijinal soru yanlış varsayımlara dayanmaktadır (pozlama sırasında dijital sensörün durumu değiştirmemesi hakkında), ancak konsept Eric Fossum tarafından araştırılan Quanta Görüntü Sensörü (QIS) fikri ile ilgilidir .

http://engineering.dartmouth.edu/research/advanced-image-sensors-and-camera-systems/

QIS, Dartmouth'da icat edilen bir kamerada görüntü toplama biçimimizde devrim niteliğinde bir değişikliktir. QIS'te amaç, görüntü sensörüne çarpan her fotonu saymak ve sensör başına 1 milyar veya daha fazla özel fotoselin (jots olarak adlandırılır) çözünürlüğünü sağlamak ve saniyede yüzlerce veya binlerce kez jot bit düzlemlerini okumaktır. terabit / saniye veri.

Böyle bir cihaz (sorudan alıntı yaparak)

her pozlama noktasında sensör okumalarının ne olduğunu "hatırlayın"

ve tam veri setine sahip olarak, örneğin, "fotoğraf" yakalandıktan sonraki etkin pozlama süresini "değiştirebiliriz".

Bugün bu, bir video kaydederek ve daha uzun pozlama sürelerini simüle etmek için post processteki kareleri birleştirerek yaklaşık hale getirilebilir (kamera performansı, video modu çözünürlüğü ve deklanşör hızı ile sınırlıdır, ancak fikri gösterir)

QIS söz verildiği gibi çalışırsa, daha iyi düşük ışık performansı, artırılmış dinamik aralık, kenar yumuşatma yok, tamamen özelleştirilebilir hassasiyet (örn. Film benzeri), ISO ayarları yok, gürültü vs ayarlanabilir çözünürlük

Son duyuru: http://phys.org/news/2015-09-breakthrough-photography.html

Film, maruz kaldığı süre boyunca fiziksel olarak değişir. Ancak dijital bir sensör; sadece veri okumak.

Bu gerçekten sensörün tipine bağlıdır. Günümüzün DSLR'lerinde kullanılan CMOS sensörleri, zaman içinde her pikselde bir elektrik yükü biriktirir, bu yüzden aslında filmde olduğu gibi zamanla değişir. Eğer bu şekilde çalışmazlarsa, görüntü yalnızca deklanşör açık olduğu sürece var olur. CCD sensörleri (kameralardaki görüntü sensörleri için diğer yaygın teknoloji) de bu şekilde çalışır ve zamanla ışık biriktirir.

Kameranın her pozlama noktasında sensör okumalarının ne olduğunu "hatırlaması" için herhangi bir neden var mı?

Fotoğraf makinesi bir görüntü kaydederken tam olarak bunu yapar. Bununla birlikte, demek istediğin, eğer sensör anlık ışık yoğunluğunu okuyabiliyorsa, gerçeğin ardından pozlamayı istediğiniz değere ayarlayabileceğinizdir. Yukarıda açıklandığı gibi, görüntü sensörlerinin çoğu bu şekilde çalışmaz. Öte yandan, biz olabilir ve genellikle do Pozlamayı sonrası işleme biraz ayarlayın.

Veri depolama bir sorun olmasaydı, bunun en azından profesyonel ve sanat fotoğrafçılığı için norm olmamasının bir nedeni var mı?

Kadarıyla itibariyle sensörden gelen verileri "hatırlama", bu ise birçok fotoğrafçılar için norm. Çoğu kamera, görüntüleri "RAW" formatında kaydetmenize izin verir ve bu sensörden okunduğu için oldukça fazla veri ve o sırada kamera ayarlarının ne olduğu hakkında biraz daha fazla veri. RAW görüntüler, JPEG gibi diğer formatlardan çok daha fazla yer kaplar, ancak fotoğrafçıya verileri daha sonra yeniden yorumlama özgürlüğü verir, böylece işlem sonrası renk sıcaklığı ve beyaz dengesi gibi ayarları kolayca değiştirebilirsiniz.

Diğerleri bunun teknik olarak neden çalışmadığını zaten açıkladı. Neden pratikte işe yaramayacağına değinmek istiyorum .

Veri depolama bir sorun olmasaydı, bunun en azından profesyonel ve sanat fotoğrafçılığı için norm olmamasının bir nedeni var mı?

Fotoğraf çekmek isteyebileceğimiz farklı aydınlatma koşullarının büyüklüğünü düşünün. Astrofotografi (genellikle neredeyse tamamen siyahla çevrili küçük ışık beneklerini fotoğrafladığınız) gibi aşırı uçları görmezden gelseniz bile, akşam veya gece karasal fotoğrafçılığınız ve parlak ışıklı karla kaplı kış manzaralarınız var. Son ikisini örnek olarak kullanacağım.

Ayrıca, doğru canlandıracak şekilde varsaymak gidiyorum herhangi istenilen pozlama, biz tam doygunluk noktasına sensörü açığa çıkarmak zorundayız.

Ayrıca, sensör değerlerini tahribatsız bir şekilde okuyabileceğimizi varsayacağım. (Bu muhtemelen "soruna yeterli para atma ve çözülebilir olabilir" kategorisine giren sorunlardan biridir.)

Gece fotoğrafçılığı durumda, bir sensörlü maruz gerekir çok araç herhangi bir fotoğraf, aslında ne olursa olsun tüm pikselleri doyurmak için uzun zamandır istediğiniz bir resim, alacak saçma almaya uzunluğundadır. Bir açık hava barındaki dansçıların klasik turist resmi neredeyse imkansız hale gelir, çünkü bir akşam boyunca bunlardan birkaçını çekebilirsiniz. İyi değil. Dolayısıyla doygunluğa maruz kalamayız, en azından gelişigüzel değil. (Doymuş piksellerin bir yüzdesine maruz kalmak aynı derecede yararsızdır, ancak farklı nedenlerle; içinde yanan bir şöminenin fotoğrafını çekerken pozlamayı tam olarak doğru yapmaya çalışın. Bu neredeyse imkansız; ne kadar çok denerseniz deneyin, bazı pikseller aşırı şişirilmiş veya görüntünün çok büyük alanları düşük pozlanmış olacaktır.)

Güneş doğarken gündüz vakti kış manzarası gibi parlak ışıklı, karla kaplı bir manzara fotoğrafı çekerken, fotoğraf makinesinin otomatik pozlama sisteminin ("% 18 gri") amaçladığı pozlama çok yetersizdir. Bu nedenle, genellikle karanlık ve karın beyazdan daha açık gri göründüğü kar fotoğraflarını sık sık görüyorsunuz. Bu nedenle, genellikle karın neredeyse doymuş bir beyaz olarak ortaya çıkmasına neden olan pozitif bir pozlama telafisi ayarı kullanırız. Ancak bu, pozlamayı ne zaman sona erdireceğini belirlemek için kameranın AE sistemine güvenemeyeceğimiz anlamına gelir: eğer yaparsak, bu tür resimler her zaman az pozlanır .

Başka bir deyişle, tam doygunluğa maruz kalma pek çok durumda pratik değildir ve AE sistemini mutlu etmek için maruz kalma pek çok durumda yetersizdir. Bu , fotoğrafçının yine de bir çeşit seçim yapmak zorunda kalacağı anlamına geliyor ve bu noktada, en azından elimizdekilerle kalmaktan ve fotoğrafçılara alışkın olmak, AE sistemlerini daha iyi hale getirmek ve fotoğrafçıyı kolaylaştırmak ( daha kolay?) pozlama telafisi ayarlarına erişim. Sensörün pratik olarak kullanılabilir dinamik aralığını artırarak, işlem sonrası pozlama değişikliklerinde (hatta) daha büyük enlemlere izin verebiliriz; orijinal dijital SLR'ler son derece pahalıydı, ancak bugünün giriş seviyesi modellerine kıyasla bu konuda gerçekten korkunçtu.

Bunların hepsi zaten sahip olduğumuz çerçevede tamamen yapılabilir. Bu, sensörün kullanılabilir dinamik aralığını önemli ölçüde iyileştirmenin kolay olduğu anlamına gelmez , ancak muhtemelen teklif ettiğinizden çok daha kolay ve satıcıların üzerinde çalıştığı bir sorun.

Profesyoneller, neredeyse tanım gereği, ticaretlerinin ekipmanlarını nasıl kullanacaklarını biliyorlar. Fotoğrafçı veya uzay mekiği pilotu olmak gerçekten farklı değil . Özellikle aşırı bilgi yüklemesine neden olmadan yapılabileceği zaman, kullanıcıya profesyonel ekipmanların tam kontrolünü vermek genellikle daha iyidir. Bence, mevcut üst düzey DSLR'ler bu konuda tatlı noktaya vurmak konusunda oldukça iyi.

Neden her zaman taviz vermek zorunda kalacağımızı anlamak için sorunu basitleştirelim.

İstediğiniz kamerayı icat edelim, ancak sadece tek renkli bir pikselle. Tek bir fotonun alımını işlemciye güvenilir bir şekilde alabilmesi ve bildirebilmesi gerekir. Aynı zamanda, pratik olarak konuşan, sayılamayan sonsuz fotonların alımını işlemciyi alabilmesi ve bildirebilmesi gerekir.

Işığın olmadığı bir durumda ilk durum. Ilımlı miktarda ışık bile ikinci.

Asıl mesele, bu kadar geniş bir dinamik aralığa sahip bir sensör oluşturma teknolojisine sahip olmamamızdır. Her zaman taviz vermek zorundayız ve şu anda sensörün neredeyse sonsuz fotonları kabul edebileceği ve sensöre vuran göreceli miktarda ışık öneren daha yüksek bir aralık seçerek taviz veriyoruz. Onları hiç saymaz, ancak gözlerimiz gibi davranır - sadece fotonları saymaya çalışmadan, onlara vuran fotonların miktarına göre bir çıktı verir.

Bu, zaman içinde toplanmasıyla daha da karmaşıktır.

İdeal bir sensör aslında bir geiger sayacı gibi olurdu - fotonlar arasındaki süreyi ölçerek, fotonların nispeten eşit aralıklı olduğunu varsayarsak (bu doğru değil, ancak uygun bir varsayımdır ve geiger sayaçlarının neden kameralar gibi zaman içinde ortalama olduğunu).

Kuantum sensörleri esasen aynı soruna sahip olacaktır. Elbette, bireysel bir fotonu hissedebilirler, ancak bir noktada aralarındaki süreyi ölçemeyeceğiniz kadar hızlı geliyorlar, hatta pozlama süresi başına kaç tane geldiğini satamazsınız.

Bu yüzden, birkaç pozlamanın birkaç görüntüsünü almamızı veya düşük ışık alanlarını kızdırmak için birlikte aynı yüksek pozlamanın birden fazla görüntüsünü eklememizi veya gelen ışığı farklı dinamiğin farklı sensörleriyle iki veya daha fazla yola ayırmamızı gerektiren bu uzlaşmaya sahibiz. pikselleri gruplandırabilen veya ışık sensörlerini istifleyebilen sensörler kullanabilir veya oluşturabilir veya veya veya - veya fotoğrafçıların on yıllardır çok çeşitli ortamlarla bu temel sorunun üstesinden gelmek için binlerce yol vardır.

Üstesinden gelinmesi muhtemel olmayan bir fizik sınırlamasıdır. Fotoğrafçıdan, işleme sonrası tüm kararların alınmasına izin veren hiçbir girişi olmayan bir kameraya * sahip olmayacağız.

* _{Elbette, kameranın tanımını değiştirirseniz, diğer bazı işlemlerin sonuçlarından memnun olabilirsiniz, ancak bu büyük ölçüde özneldir. Gerçek şu ki, bir sahneyi kameranızla görüntülerseniz, sahneyi bir kişiye gösterirseniz, o zaman çektiğiniz görüntü, gözleri, görüntü sensörünüz ve yazdırdığınız işlem arasındaki farklılıklar nedeniyle farklılıkları algılarlar. görüntü. Fotoğraf, ışığı yakalamak kadar yorum ve sanatla da ilgilidir ve bu nedenle "mükemmel kamera" ya fanatik bir odaklanma muhtemelen çok yararlı değildir.}