Unterbelichtung

[Stuessi]

Hallo,

kein Licht bedeutet nicht unbedingt, dass die Intensität 0 angezeigt wird.
Nach jeder Belichtung wird der Sensor ausgelesen, d. h. die Ladungen der einzelnen Pixelkondensatoren werden ermittelt, verstärkt und mit einem 12-Bit Analog-Digital-Wandler in Zahlenwerte zwischen 0 und 4095 umgewandelt. Wird der Sensor nicht beleuchtet, sollte im Idealfall der Wert 0 ausgegeben werden. Bei fehlerhafter Einstellung (oder Fabrikation) wird bei Belichtung ein zu großer Zahlenwert oder immer noch Null ausgegeben.
Bei meiner 7D habe ich mal die RAW-Werte bei Bildern einer Belichtungsreihe von kurzen zu langen Zeiten ausgelesen. Vorlage war ein Testbild mit einer weißen Fläche in der Mitte, von der jeweils 10000 Pixel ausgewertet wurden. Beleuchtet wurde mit Glühlampenlicht.

http://www.d7userforum.de/phpBB2/4images/data/thumbnails/6/ISO-RAW001-g.jpg (http://www.d7userforum.de/phpBB2/4images/details.php?image_id=33864)
Die Spalten zeigen von links nach rechts:
ISO-Wert (abgesehen von den letzten 4 Zeilen immer 100)
Belichtungszeit und
für Rot bzw. Grün bzw. Blau
mittlerer RAW-Wert; Standardabweichung; Anzahl der Pixel mit Werten größer Null
Schon ohne Belichtung zeigen ca. 40% der Pixel Werte über Null.
(Bei ISO 100 und 1/4000s liegen bei geschlossenem Objektiv die Werte bei 0,6+/-0,6.)
Erst bei 1/20 s sind alle R- und G-Pixel am Bild "beteiligt", die B-Pixel bei 1/8 s. (geringer Blauanteil des Glühlampenlichts)
Ein "ordentliches Bild" kann man erst mit der Belichtungszeit 1 s erreichen.
Der Wert 328 liegt noch 3 1/2 Blendenstufen unter dem Maximalwert 4095.
Die letzten Zeilen zeigen, dass mit steigendem ISO-Wert das Rauschen und damit die Standardabweichung zunimmt.
Wenn man nicht unbedingt die kurzen Zeiten benötigt, sollte man bei ISO 100 bleiben.
Zu den letzten 5 Zeilen habe ich 100% Ausschnitte der Testbilder gemacht.

http://www.d7userforum.de/phpBB2/4images/data/thumbnails/6/RAW-ISO-Vergleich_Kopie.jpg (http://www.d7userforum.de/phpBB2/4images/details.php?image_id=33857) http://www.d7userforum.de/phpBB2/4images/data/thumbnails/6/jpg-ISO-Vergleich_Kopie.jpg (http://www.d7userforum.de/phpBB2/4images/details.php?image_id=33856)

Gruß,
Stuessi

[John Doe]

Hallo zusammen,

eventuell habe ich ja jetzt einen Denkfehler, aber das Verhalten erscheint mir normal für einen "normalen" Sensor. Die Farben entsprechen ja nicht den ausgewerteten Pixeln, sondern werden doch zusammengerechnet, eine direkte Auswertung der Chipdaten erscheint mir kaum möglich. Das beim Bayer Sensor eine Farbverfälschung voliegt, ergibt sich schon aus dem Funktionsprinzip, siehe auch Wikipedia (http://de.wikipedia.org/wiki/Bayer-Sensor) .

Interessant dürfte dieser Test bei der neuen Sigma SD14 werden, da könnte man dann sehr gut sehen, ob der Foveon dem Bayer Sensor in Sachen Farbtreue wirklich so überlegen ist.


Gruß Uwe

[bleibert]

kein Licht bedeutet nicht unbedingt, dass die Intensität 0 angezeigt wird.
Nein, alleine schon wegen des Rauschens nicht.

Nach jeder Belichtung wird der Sensor ausgelesen, d. h. die Ladungen der einzelnen Pixelkondensatoren werden ermittelt, verstärkt und mit einem 12-Bit Analog-Digital-Wandler in Zahlenwerte zwischen 0 und 4095 umgewandelt. Wird der Sensor nicht beleuchtet, sollte im Idealfall der Wert 0 ausgegeben werden. Bei fehlerhafter Einstellung (oder Fabrikation) wird bei Belichtung ein zu großer Zahlenwert oder immer noch Null ausgegeben.
Das sehe ich nicht so. Zum einen hat so ein Sensor ja keine Quanteneffizienz von 100%, sondern bestenfalls irgendwo zwischen 25% und 30%. Das heißt, es müssen erst mal vier Photonen ankommen, damit überhaupt ein Elektron seinen Hintern bewegt. Dann werden die Ladungen im Zuge der AD-Wandlung quantisiert. Bevor also der Ausgabewert 1 erreicht wird, müssen dann nochmal ein paar Elektronen zusammenkommen. Zudem kommt noch das Photonenrauschen, das ganz signifikant dafür sorgt (oder vielmehr die Tatsache beschreibt), dass bei einer bestimmten konstanten Beleuchtung auch mal weniger Photonen einschlagen - das ist eine der Hauptursachen für das Rauschen in den Bildern hochwertiger DSLRs.

Die letzten Zeilen zeigen, dass mit steigendem ISO-Wert das Rauschen und damit die Standardabweichung zunimmt.
Hier solltest Du bei Deinen interessanten Untersuchungen allerdings etwas mehr differenzieren: Das Rauschen setzt sich aus verschiedenen Komponenten zusammen. Das Photonenrauschen ist beispielsweise völlig unabhängig von der eingestellten ISO, und das Dunkelstromrauschen wird natürlich mit steigender ISO verstärkt. Aber das 'Read Noise' sinkt mit steigender ISO. Daher ist es auch in gewissen Grenzen besser, die ISO zu erhöhen, als das Bild unterzubelichten. Also beispielsweise (je nach Kamera) rauscht ein ISO 400-Bild weniger, als ein ISO 100-Bild, das um zwei Stufen unterbelichtet wurde.

[bleibert]

Interessant dürfte dieser Test bei der neuen Sigma SD14 werden, da könnte man dann sehr gut sehen, ob der Foveon dem Bayer Sensor in Sachen Farbtreue wirklich so überlegen ist.
Das Problem ist, dass beim Foveon-Sensor auch ganz wüst interpoliert werden muss - frag mal Dave Coffin...
Gerade in puncto Farbtrennung ist der Sensor ausgesprochen schlecht, da er - einfach gesprochen - große Probleme hat, die Photonen nach Farbe "zu sortieren". Es ist nämlich nicht so, wie in den schönen Werbebildchen der Marketing-Abteilung von Sigma, dass dort fein säuberlich drei unterschiedliche Schichten übereinander liegen. Sondern der Sensor ist nach einem "Töpfchen-im-Töpfchen"-Schema aufgebaut: In einem großen roten Töpfchen sitzt ein kleineres grünes Töpfchen, und darin ein winziges blaues Töpfchen. Dass daraus ein so gutes Bild errechnet werden kann, ist schon eine Meisterleistung der Rechenkunst!

Generell hast Du aber Recht: Solche Auswertungen lassen sich nicht gut mit herkömmlichen Raw-konvertern wie RSE oder ACR anstellen. Dazu nimmt man sinnvollerweise Tools, wie Images Plus oder dcraw. Bei ersterem kann man sich zB aus den einzelnen Farben der Matrix je ein Bild errechnen lassen - und zwar mit unkorrigierten Rohwerten, so, wie sie aus dem ADC kommen (vorausgesetzt, diese werden auch so im Raw-Format gespeichert, und vorher noch schnell frisiert, wie wir das ja mindestens von Canon wissen).

[Stuessi]

Hallo,

zur Veranschaulichung meiner Tabelle oben habe ich aus den RAW-Daten 8 Bilder erzeugt nach folgendem Verfahren:

1. die RAW-Werte werden mit einem konstanten Faktor multipliziert
2. in RAW-Deal erzeuge ich mit der Einstellung "nearest neighbor" TIFF-Dateien
3. diese werden in ps 6.0 einer automatischen Tonwertkorrektur unterzogen, verkleinert und in 8-Bit Dateien umgewandelt.

http://www.d7userforum.de/phpBB2/4images/data/thumbnails/6/unterbelichtet_0_Kopie.jpg (http://www.d7userforum.de/phpBB2/4images/details.php?image_id=33884)

Gruß,
Stuessi

[bleibert]

1. die RAW-Werte werden mit einem konstanten Faktor multipliziert
Wie werden die multipliziert? Welches Programm macht das? Mit welchem Faktor werden sie warum multipliziert?

2. in RAW-Deal erzeuge ich mit der Einstellung "nearest neighbor" TIFF-Dateien
Was bedeutet das? bezieht sich das auf die Farbinterpolation (Demosaicking)? Warum wählst Du diese Einstellung?

3. diese werden in ps 6.0 einer automatischen Tonwertkorrektur unterzogen
:shock: Wie Auto-Tonwertkorrektur? Dann weißt Du ja gar nicht mehr, was passiert? Wie willst Du damit aussagekräftige, reproduzierbare Ergebnisse erzielen?

[Stuessi]

Hallo,

danke für die Hinweise. Das sollte zwar nur eine "Veranschaulichung" meiner Tabelle sein, aber man kann das auch besser machen.
Meine Belichtungsreihe geht von 1/500 s bis zu 1 s. Gegenüber der optimalen Belichtungszeit von ca. 4 s sind diese Bilder alle unterbelichtet. Um den Vergleich bezüglich Rauschen besser zu machen wurden die *.mrw Bilder neu erzeugt und dafür die 12-Bit Daten mit den rot angegebenen Faktoren multipliziert. Das entsprechende Programm findet man hier (http://www.sonyuserforum.de/phpBB2/ftopic27331.html). In Zeile 660 bzw. 680 steht dann nicht eine Differenz c:=a-b, sondern c:= a* faktor.
Abgesehen von der küzesten Zeit ist immer faktor * Belichtungszeit = 4 s.
Die Bilder wurden dann mit RSE ohne Korrektur konvertiert und die Ausschnitte mit ps ohne Korrektur montiert.

http://www.d7userforum.de/phpBB2/4images/data/thumbnails/6/Unterbelichtung-02_Kopie.jpg (http://www.d7userforum.de/phpBB2/4images/details.php?image_id=33927)

Gruß,
Stuessi

[bleibert]

Hallo Stuessi!

Ganz kurz: Danke für die Erklärungen und den link - werde mir das später mal zu Gemüte führen.