[TONI_B]

Aber du kannst die Werte des Signals oder des Dynamikumfangs nicht beliebig verändern!

Gehen wir von einem tatsächlichen System aus:

Wir haben einen gegebenen Sensor, der uns eine analoge Spannung liefert, die wird in einem 14Bit ADC eingespeist mit der Hoffnung dass der so dimensioniert ist, dass die maximale Spannung auf 14Bit kommt.

Wie groß ist jetzt der maximale Dynamikbereich? Nicht was man könnte usw. sondern konkret für das obige Beispiel!

Das kann doch nur maximal 14EV sein! In der Realität werden es halt 11-12EV sein.

[wronglyNeo]

Ich glaube ich verstehe die Frage nicht so ganz.

Wenn der A/D-Wandler so dimensioniert ist, dass die maximale Spannung des Sensors auf den Wert 2^X abgebildet wird und der minimale auf 0, dann hat das resultierende Bild für alle positiven Werte von X genau den Dynamikumfang, den der Sensor hatte. X ändert nichts am Dynamikumfang. Kann sein, dass die maximale Spannung sich bei Sensoren mit unterschiedlichem Dynamikumfang unterscheidet, dann müsste ggf. die Eingangsspannung angepasst werden, die der A/D-Wandler verarbeiten kann.

Es gibt übrigens z.B. Filmkameras, die 13EV Dynamikumfang bieten und am Ende 12bit ausgeben. Laut obiger Argumentation wäre das ja dann eigentlich gar nicht möglich

[TONI_B]

Zitat von wronglyNeo

Wenn der A/D-Wandler so dimensioniert ist, dass die maximale Spannung des Sensors auf den Wert 2^X abgebildet wird und der minimale auf 0, dann hat das resultierende Bild für alle positiven Werte von X genau den Dynamikumfang, den der Sensor hatte. X ändert nichts am Dynamikumfang.

Ja, aber genau darum geht es ja! Wir wollen ja X wissen und gehen davon aus dass Sensor und ADC perfekt angepasst sind. Da wir nicht wissen, was der Sensor allein kann, sondern nur die Kette aus Sensor und Elektronik ein Bild liefert, müssen wir davon ausgehen, dass die Kamera(!) mit 14Bit nicht mehr als 14EV liefern kann. Wir können Sensor und Elektronik nicht im Nachhinein trennen, daher ist dein Hinweis:

Zitat von wronglyNeo

Es gibt übrigens z.B. Filmkameras, die 13EV Dynamikumfang bieten und am Ende 12bit ausgeben. Laut obiger Argumentation wäre das ja dann eigentlich gar nicht möglich

nicht passend. Aber schön langsam beginne ich deine Argumente zu verstehen...

[Man]

Ich verstehe die Aufregung immer noch nicht.

Wenn wir eine RAW-Datei mit 1 bit tiefe haben, es kann also nur zwischen 0 (schwarz) und 1 (hell) untereschieden werden, dann kann ich doch dennoch einen Sensor mit 10 EV möglichem Belichtungsumfang haben.
Das schwarz-weis-Bild aus der 1-bit-Datei kann nur eine Helligkeitsabstufung darstellen, die Auflösung (hier ist mit Auflösung die Anzahl der Helligkeitsstufen gemeint, nicht die Anzahl der Bildpixel) ist also sehr gering.
Der Helligkeitsunterschied zwischen schwarz und weis z. B. am Monitor wird deutlich mehr als 1EV betragen (halt soviel, wie der Monitor maximal als Helligkeitsdifferenz zwischen zwei Punkten hergibt), obwohl die Datei im Beispiel nur 1 bit Tiefe hat.

Wenn das nicht so wäre, würde z. B. ein HDR nie Sinn machen, da diese nur auf Medien mit höchstens 5 EV (Papierbild) bis 6 EV (Monitor) Tiefe wiedergegeben werden können.

Dennoch kann man bei z. B. JPG (8 bit Tiefe) bei Motiven mit hohem Kontrast eine HDR-Aufnahme mit differnzierten Tiefen und Lichtern von einer normalen Aufnahme mit zulaufenden Tiefen und Lichtern unterscheiden.

Die Helligkeitsunterschiede können allerdings in einer 8 bit Datei nicht so fein abgestuft wiedergegeben werden wie in einer 16 bit Datei, sie werden gestaucht.
Wenn 8 EV Helligkeitsunterschied (256 Helligkeiststufen) in einer 1-bit Datai (1 Helligkeitsstufe) dargestellt werden müssten, dann würden z. B. alles mit Helligkeitsstufe 0 bis 127 als 0 dargestellt und alles mit Helligkeitsstufe 128 bis 256 als 1. Natürlich kann man aus der 1-bit-Datei nicht mehr die urspüngliche 8-bit-Datei rekonstruieren, aber die 8 EV wurden in einer 1-bit-Datei dargestellt.

Mal etwas weniger extrem: es ist kein Problem, z. B. in Photoshop ein 16 bit-Bild als 8 bit-Bild abzuspeichern und man kann das 8-bit-Bild auch wieder als 16-bit-Bild abspeichern. Das aus dem 8-bit-Bild umgewandelste 16-bit-Bild ist allerdings lt. Histogramm nicht mehr mit dem ursprünglichen 16-bit-Bild identisch: im Vergleich sieht das "neue" 16-bit-Bild-Histogramm grober aus wie das ursprüngliche.

Ich habe keinen Zweifel daran, dass man die Daten aus einem 16-bit-Bild (von mir aus Sensor mit 16 EV) in einem 8-bit-Bild (von mir aus in einer RAW-Datei mit 8 bit) unterbringen kann.
Es ist möglich: ob das auch Sinn macht, tut dabei erstmal nichts zur Sache.

vlG

Manfred

[TONI_B]

Das ist ja alles klar, aber wie kann ich aus einem 12/14Bit Bild erkennen welchen Dynamikumfang das Sensor/Elektronik-System hat?

[wronglyNeo]

Ich glaube wir reden einfach alle so ein klein wenig aneinander vorbei.

Es ging hier nicht um die "Realität". Es ging nur um die Frage: "Könnte eine Kamera mit 20EV Dynamikumfang 14bit Raws ausgeben?".

Alles fing hier an:

Zitat von www_zeeshan_de

Definitionssache Dynamikumfang (aufgrund fehlener Standard-Meßmethoden): Ich behaupte meine Kamera hat 20 Blendenstufen Dynamikumfang und gleichzeitig behaupte ich dass mir das keiner abstreiten kann.

Zitat von Dat Ei

Doch, ich bestreite das. Wieviel Bit Auflösung haben Deine RAW-Dateien? Was bedeutet nochmal eine Blendenstufe (EV)? Schon wirst Du einsehen müssen, dass Deine 20 Blendenstufen schon rein theoretisch nicht vorliegen können.

Es ging nur darum, dass das theoretisch möglich ist. Vielleicht sollten wir es hierbei bewenden lassen.

PS:

Zitat von Man

Ich verstehe die Aufregung immer noch nicht.

Wenn wir eine RAW-Datei mit 1 bit tiefe haben, es kann also nur zwischen 0 (schwarz) und 1 (hell) untereschieden werden, dann kann ich doch dennoch einen Sensor mit 10 EV möglichem Belichtungsumfang haben.

Genau das, was ich die ganze Zeit schreibe

[Dat Ei]

Nee, nee, nee, wieso darauf bewenden lassen?

Ziehen wir das Pferd mal andersrum auf...

Nehmen wir schlicht und ergreifend mal den Sensor als konstant an und variieren nur die Bittiefe der AD-Wandler. Aufnahmen mit gleichen Parametern führen dann zu gleichen Füllständen in den Zellen. AD-Wandlungen mit höherer Bittiefe sind dann in der Lage, die Füllstände feingranularer in Binärwerten abzubilden.

Versuchen wir das mal zu konkretisieren. Nehmen wir an, die Zellen unseres Chips seien mit 16383 Photonen gesättigt. Wandle ich mit 14bit, könnte ich jedes einzelne Photon zählen. Wandle ich hingegen nur mit 12bit, erhalte ich nur 4096 Abstufungen, die jeweils einen Quantisierungsfehler von 0 bis 3 Photonen enthalten. Mein kleinster, digitaler von Null verschiedener Wert repräsentiert bei 14bit-Wandlung 1 Photon, bei 12bit aber bereits 4-7 Photonen.

Wofür die ganze Dynamikdiskussion? Eine ernsthafte Fragen, die schon einen Teil der Antwort enthält! Der hellste Punkt wird unabhängig von der AD-Wandlung immer auf den maximalen Wert des Wertebereiches eingepegelt. Die Belichtungsmessung führt uns dahin, dass wir ein möglichst richtig belichtetes Bild ohne Überbelichtungen haben. Entscheidend in der Dynamikdiskussion ist aber doch die Durchzeichnung in den Tiefen, die wir Photographen wollen (siehe auch Vgl. Dia, Negativfilm vs. Digital).
Hier unterscheiden sich die Kameras aufgrund der Rauscharmut der Sensoren und der Wandlerstufen. Denn diese Störsignale überlagern die Nutzsignale und dampfen die theoretischen Werte der Wandlerstufe und ihrer Bittiefe wieder deutlich ein.

Übrigens hier nochmal was zum Thema Quantisieren, Quantisierungsfehler und Dynamikbereich: clickclack!


Dat Ei

[wronglyNeo]

Zitat von Dat Ei

wNee, nee, nee, wieso darauf bewenden lassen?

Ziehen wir das Pferd mal andersrum auf...

Nehmen wir schlicht und ergreifend mal den Sensor als konstant an und variieren nur die Bittiefe der AD-Wandler. Aufnahmen mit gleichen Parametern führen dann zu gleichen Füllständen in den Zellen. AD-Wandlungen mit höherer Bittiefe sind dann in der Lage, die Füllstände feingranularer in Binärwerten abzubilden.

Versuchen wir das mal zu konkretisieren. Nehmen wir an, die Zellen unseres Chips seien mit 16383 Photonen gesättigt. Wandle ich mit 14bit, könnte ich jedes einzelne Photon zählen. Wandle ich hingegen nur mit 12bit, erhalte ich nur 4096 Abstufungen, die jeweils einen Quantisierungsfehler von 0 bis 3 Photonen enthalten. Mein kleinster, digitaler von Null verschiedener Wert repräsentiert bei 14bit-Wandlung 1 Photon, bei 12bit aber bereits 4-7 Photonen.

Genau das sag ich ja die ganze Zeit. Die Auflösung sinkt.

Zitat von Dat Ei

Wofür die ganze Dynamikdiskussion? Eine ernsthafte Fragen, die schon einen Teil der Antwort enthält! Der hellste Punkt wird unabhängig von der AD-Wandlung immer auf den maximalen Wert des Wertebereiches eingepegelt. Die Belichtungsmessung führt uns dahin, dass wir ein möglichst richtig belichtetes Bild ohne Überbelichtungen haben. Entscheidend in der Dynamikdiskussion ist aber doch die Durchzeichnung in den Tiefen, die wir Photographen wollen (siehe auch Vgl. Dia, Negativfilm vs. Digital).

Sicher kann man mit jedem Sensor einen schier "unendlichen" Dynamikumfang erzeugen, indem man nur kurz genug belichtet, sodass es kein Clipping gibt. Das bringt aber nichts, weil dann in den dunklen Teilen des Bildes so wenig Licht eingefallen wird, dass es nicht mehr messbar ist, weil es unterhalb des Noise-Floors liegt. Deshalb will man einen möglichst großen Dynamikumfang, also eine möglichst hohe full-well Kapazität. Dann kann ich ausreichend belichten, sodass auch die dunklen Bereiche klar über dem Rauschen liegen, ohne dass es in den Highlights Clipping gibt. Man verbessert also den Signal-Rausch-Abstand.

PS: Ich glaube ich verstehe, was du meinst: wenn der Helligkeitswert, der äquivalent zum höchsten Wert des Wertebereichs ist, nicht mindestens das 2^20-Fache des kleinsten von 0 verschiedenen Wertes ist, geht der Dynamikvorteil des Sensors am unteren Ende im Quantisierungsfehler verloren. Im Grunde wie wenn man die Werte aus meinem obigen Beispiel in's Verhältnis seltzt: 25600%/1.5625% = 16384 = 2^14.
Eine Lösung wäre aber z.B. Gamma-Encoding.

[Man]

Zitat von TONI_B

...wie kann ich aus einem 12/14Bit Bild erkennen welchen Dynamikumfang das Sensor/Elektronik-System hat?

Das kann man meiner Meinung nach allein anhand einer wieviel bit auch immer RAW-Datei nicht.
Mindestens müsste man wissen, welchen Kontrastumfang das fotografierte Motiv hat. Dazu muss man noch definieren, welche Qualität man mindestens haben möchte, z. B. Störsignal (rauschen) darf nicht mehr als 30% des Nutzsignals betragen.

Und dann kann man sich noch einiges hin und her überlegen, zu sehen z. B. bei Testbeschreibungen zu PC welt oder heise de. Dazu gibt es noch eine Definition in wikipedia und auch im dslr-forum wurde darüber in 2009 diskutiert.
In Google werden mir zu "dynamikumfang digitalkamera messen" immerhin 6.170 Ergebnisse angezeigt.

vlG

Manfred

[Dat Ei]

Moin, moin,

Zitat von wronglyNeo

Genau das sag ich ja die ganze Zeit. Die Auflösung sinkt.

bitte lass den Begriff "Auflösung" in dem Kontext weg. Die Gefahr, dass er mit der Anzahl Pixel vermengt wird, ist zu groß.

Und da ich mir nicht sicher bin, ob wir hier wirklich das gleiche Verständnis haben: mit einer steigenden Bittiefe der AD-Wandlung sinkt der Quantisierungsfehler und steigt der (darstellbare) Dynamikumfang.

Zitat von wronglyNeo

Sicher kann man mit jedem Sensor einen schier "unendlichen" Dynamikumfang erzeugen, indem man nur kurz genug belichtet, sodass es kein Clipping gibt.

???

Was hat die Belichtungszeit mit der Größe des Dynamikumfangs zu tun? Ich kann Dir nicht folgen...

Jeder Sensor hat seine native ISO, die ISOs sind wiederum standardisiert, so dass der max., theoretische Dynamikumfang nur von der Sensorarchitektur (Zellgrößen, Microlinsen) und den Wandlerstufen abhängt. Das Störsignal (diverse Formen des Rauschens) reduziert wiederum den max., theoretischen Dynamikumfang auf den niedrigeren, in der Praxis gemessenen Dynamikumfang. Das Störsignal ist von vielen Faktoren abhängig (Sensor, Wandler, Felder der sonstigen Elektronik, Temperatur, Firmware etc. pp.).

Es mag die Frage aufkommen: Wenn sich der Dynamikumfang durch eine höherbittige Wandler steigern lässt, warum setzt man nicht einfach höherbittige Wandler ein?

Da gibt es drei Faktoren, die entscheidend sind: Machbarkeit, Sinnhaftigkeit und Bezahlbarkeit. Es ist bereits heute eine Herausforderung, bei derart kleinen Signalen eine 14bittige AD-Wandlung vorzunehmen. Jedes weitere Bit bedeutet, dass sich die Quantifizierungsstufen abermals halbieren. Angesichts der sonstigen Störsignale (siehe oben) und des SNRs ist die Sinnhaftigkeit einer hochbittigeren und deutlich teureren Wandlung fraglich. In der Diskussion darf man auch nicht vergessen, dass sich hier auch die gesteigerten Performanceanforderungen aufgrund der größeren Sensorauflösungen und Frameraten ebenso auf die Anforderungen und Preise der Wandler niederschlagen.


Dat Ei