Znalazłem coś, co mnie zdezorientowało, więc pomyślałem, że tłum tutaj prawdopodobnie może odpowiedzieć na to pytanie, ponieważ jest to związane z kamerą i jednocześnie techniczne.
W jaki sposób zakres dynamiczny może być większy niż głębia bitowa czujnika?
Ktoś przysłał mi wyniki DXOMark dla Pentaxa K-5, który pokazuje 14,1 EV zakresu dynamiki przy najniższym ISO. Biorąc jednak pod uwagę, że czujnik ma 14 bitów, nie pasuje to do mojej intuicji ... Wydaje się dziwne, że urządzenie liniowe, takie jak czujnik CMOS, może przechwycić więcej DR niż ma bitów. Czy miałby rzadki zakres dynamiki, pomijając EV w środku?
Odpowiedzi:
Cambridge in Colour ma bardzo dobry artykuł na ten temat. Jeśli czujnik ma liniowy przetwornik A / D, głębokość bitu ograniczy zakres dynamiki przy 14 EV jako teoretyczną granicę. Jeśli jednak jest nieliniowa, głębokość bitu niekoniecznie jest skorelowana. Z tego wynika, że możemy stwierdzić, że czujnik w K-5 nie ma liniowego przetwornika A / D.
Mogę powiedzieć z własnego doświadczenia, że ten czujnik ma zdecydowanie ogromny zakres dynamiki. Udało mi się odzyskać obraz, który był prawie 8 stopni niedoświetlony na K-5.
źródło
Zakres dynamiczny jest logarytmem stosunku intensywności najjaśniejszej do najciemniejszej na liniowej części krzywej wrażliwości. Mogą istnieć inne definicje, ale generalnie wywodzi się ze stosunku dwóch intensywności, obiektywnych właściwości fizycznych sceny. To jest liczba rzeczywista.
Głębia bitowa to liczba bitów na kanał używana do kwantyzacji zmiennej ciągłej. Większa głębia bitowa daje wyraźniejsze odcienie szarości pomiędzy nimi. Jest to wyłącznie pytanie, jak obraz jest reprezentowany w pamięci komputera.
Zakres dynamiczny odzwierciedla poziom kontrastu, jaki czujnik może zarejestrować. Głębia bitowa odzwierciedla, ile różnych kolorów aparat może „nazwać”. Lub na ile sztuk aparat może podzielić zasięg. Gdyby kamera była linijką, wówczas zakres dynamiczny byłby (logarytmem) długości linijki, a głębia bitów byłaby (logarytmem) liczby znaczników wzdłuż jej krawędzi. Możesz podzielić długość na dowolną liczbę części. Podobnie głębokość bitu nie musi być taka sama jak zakres dynamiczny.
Jeśli zakres dynamiczny to S EV, a głębia bitowa wynosi n , oznacza to, że aparat może rejestrować sceny o kontraście co najmniej tak dużym, jak
(Właściwie trochę więcej, jeśli użyjesz również nieliniowej części krzywej odpowiedzi czujnika). I możesz teoretycznie odróżnić
odcienie szarego.
Posiadam kompaktowy aparat, który potrafi pisać 12-bitowe pliki RAW. Pomimo dużej głębokości bitów jego zakres dynamiczny jest bardzo skromny. Można odwzorować sytuację odwrotną, gdy czujnik może zarejestrować scenę o wysokim kontraście, bez prześwietlenia i niedoświetlenia, ale jeśli głębia bitowa jest niska, scena ta będzie reprezentowana przez kilka kolorów pośrednich.
źródło
Po pierwsze, zakres dynamiki ma odwrotny związek z hałasem - niski poziom hałasu (wszystkie pozostałe są równe) prowadzi do większego zakresu dynamiki. Hałas pochodzi przede wszystkim z elektroniki czujnika (szum odczytu, szum ciemnego prądu), z dyskretnej natury światła (szum fotonu / strzału) oraz z konwersji z analogowej na cyfrową (szum kwantyzacji).
Oceny zakresu dynamicznego znaku DXO oparte są na różnicy między intensywnością światła wymaganą do nasycenia czujnika a intensywnością światła, w którym SNR osiąga 1: 1 (tj. Punkt, w którym sygnał równa się szumowi)
Można się spodziewać, że przy braku szumu strzału i szumu odczytu DR czujnika z odpowiedzią liniową będzie równy głębokości bitu. Biorąc pod uwagę punktację K-5 w obecności tych źródeł hałasu, wskazuje mi, że potok obrazu ma umiarkowany stopień nieliniowości (wszystkie czujniki mają pewną nieliniowość), prawdopodobnie zaprojektowany w ten sposób, aby zwiększyć zakres dynamiczny.
Nieliniowość pomaga przekroczyć granicę głębokości bitów, trochę zyskać na gradacji w cieniach, które tracisz gdzie indziej w krzywej tonalnej (choć prawdopodobnie gdzieś mniej ważne). Nie ma czegoś takiego jak darmowy lunch!
Jeśli chodzi o K-5, jest to klasa wiodąca przy niskiej czułości ISO, która jest determinowana głównie przez szum odczytu. Naprawdę wspaniale jest widzieć, że producenci zwracają uwagę na ten obszar i na pewno zasługuje na uwagę, jednak zakres dynamiki przy wyższych czułościach ISO jest zdominowany przez szum fotonów, któremu przeciwdziała tylko przechwytywanie większej ilości światła, więc duże czujniki zawsze będą miały tutaj przewagę . Ponieważ niektóre osoby fotografują głównie ISO400 i wyżej, warto o tym pamiętać!
źródło
„Zakres dynamiczny” (DR) nie jest cechą absolutną.
Najbardziej zgrubną definicją DR jest „stosunek między najjaśniejszymi i najciemniejszymi intensywnościami szarości, które czujnik może rejestrować dobrze”.
DR czujnika cyfrowego pochodzi z dwóch pomiarów:
Następnie masz dwa sposoby obliczania DR obrazu cyfrowego.
Tak więc nie znajdziesz żadnej kamery, której DR ekranowy wyrażony w EV przekracza rozdzielczość ADC wyrażoną w bitach.
Komentarze do innych odpowiedzi:
Nie opracowano ani jednego czujnika cyfrowego z nieliniową konwersją analogowo-cyfrową. Każda konwersja tonalna wykonywana przez kamerę (w tym specjalne tryby wyjściowe kamer kinowych, a zwłaszcza serii Sony A7) odbywa się z wykorzystaniem dyskretnych danych.
Kodak DCS Pro 14n ma tryb pracy z podwójnym nachyleniem ADC, w którym sygnał wyjściowy jest częściowo liniowy.
K-5 ma idealnie płaską odpowiedź (jak każdy inny aparat z prawdopodobnie jedynym wyjątkiem jest Kodak DCS Pro). Sam to zmierzyłem.
Uwaga: Laboratoria DxO nie zmieniają rozmiaru ani nie drukują niczego do pomiarów „drukujących”, raczej używają współczynnika resollution we wzorach. Sidenote: w tym poście „liniowy” nie jest „logarytmiczny”.
źródło