Как динамический диапазон может быть больше битовой глубины датчика? - Фотопедия
23 голосов
/ 09 ноября 2010

Нашел что-то, что смутило меня, и поэтому я подумал, что толпа здесь, вероятно, сможет ответить на этот вопрос, так как она связана с камерой и технической одновременно.

Как динамический диапазон может быть больше битовой глубины датчика?

Кто-то прислал мне результаты DXOMark для Pentax K-5, который показывает 14,1 EV динамического диапазона при самом низком значении ISO. Однако, учитывая, что датчик 14-разрядный, это не соответствует моей интуиции ... Кажется странным, что линейное устройство, такое как CMOS-датчик, может захватывать больше DR, чем у него есть биты. Будет ли у него редкий динамический диапазон, пропуская EV в середине?

Ответы [ 4 ]

16 голосов
/ 09 ноября 2010

Cambridge in Color имеет очень хорошую статью по этому вопросу. Если датчик оснащен линейным аналого-цифровым преобразователем, глубина в битах будет ограничивать динамический диапазон при 14 EV в качестве теоретического предела. Однако, если он нелинейный, то битовая глубина не обязательно коррелирует. Исходя из этого, я думаю, мы можем определить, что датчик в K-5 не имеет линейного аналого-цифрового преобразователя.

Из личного опыта могу сказать, что этот датчик определенно имеет огромный динамический диапазон. Мне удалось восстановить изображение, которое было близко к 8 стопам, недодержано на К-5.

7 голосов
/ 09 ноября 2010

Как динамический диапазон может быть больше битовой глубины датчика?

Динамический диапазон - это логарифм отношения между самой яркой и самой темной интенсивностями на линейной части кривой чувствительности. Могут быть и другие определения, но в целом это происходит из соотношения двух интенсивностей, объективных физических свойств сцены. Это реальное число.

Битовая глубина - это количество бит на канал, используемое для квантования непрерывной переменной. Большая битовая глубина дает более отчетливые оттенки серого между ними. Вопрос только в том, как изображение отображается в памяти компьютера.

Динамический диапазон отражает степень контрастности датчика. Глубина в битах отражает количество различных цветов, которым камера может «дать имена». Или на сколько частей камера может разделить диапазон. Если бы камера была линейкой, то динамический диапазон был бы (логарифмом) длины линейки, а битовая глубина была бы (логарифмом) числа меток вдоль ее края. И вы можете разделить длину на столько частей, сколько захотите. Точно так же битовая глубина не должна быть такой же, как динамический диапазон.

Если динамический диапазон равен S EV, а глубина в битах равна n , то это означает, что камера может регистрировать сцены с контрастностью, по крайней мере, равной

E_max/E_min = 2^s

(На самом деле немного больше, если вы используете также нелинейную часть кривой отклика датчика). И теоретически можно различить

N = 2^n

оттенки серого.

У меня есть компактная камера, которая может записывать 12-битный RAW. Несмотря на высокую битовую глубину, его динамический диапазон очень скромный. Вы можете представить себе противоположную ситуацию, когда датчик может зарегистрировать высококонтрастную сцену без чрезмерного и недоэкспонированного изображения, но если глубина в битах мала, эта сцена будет представлена ​​несколькими промежуточными цветами.

2 голосов
/ 09 ноября 2010

Во-первых, для ясности, динамический диапазон имеет обратную зависимость от шума - низкий уровень шума (при прочих равных условиях) приводит к увеличению динамического диапазона. Шум исходит главным образом из электроники датчика (считывание шума, шум темнового тока), из-за дискретного характера света (шум фотона / выстрела) и из преобразования из аналогового в цифровое (шум квантования).

Значения динамического диапазона метки DXO основаны на разнице между интенсивностью света, необходимой для насыщения датчика, и интенсивностью света, при которой ОСШ достигает 1: 1 (т.е. точка, в которой сигнал равен шуму)

Можно ожидать, что в отсутствие шума выстрела и шума считывания, что DR датчика с линейным откликом будет равен глубине в битах. Учитывая, что оценка K-5 в присутствии этих источников шума указывает мне, что конвейер изображения имеет умеренную степень нелинейности (все датчики имеют некоторую внутреннюю нелинейность), вероятно, спроектирован таким образом, чтобы увеличить динамический диапазон.

Нелинейность помогает выйти за пределы глубины в битах, побитировать то, что вы получаете в градациях теней, которые вы теряете в другом месте в кривой тона (хотя, возможно, где-то менее важно). Там нет такого понятия, как бесплатный обед!


Что касается K-5, он является лидером в классе с низкой чувствительностью ISO, которая определяется главным образом шумом чтения. Действительно замечательно видеть, что производители обращают свое внимание на эту область, и это заслуживает пристального внимания, однако в динамическом диапазоне при более высокой чувствительности ISO преобладает фотонный шум, которому противостоит только захват большего количества света, поэтому большие датчики всегда будут иметь здесь преимущество , Поскольку некоторые люди в основном снимают ISO400 и выше, это стоит иметь в виду!

0 голосов
/ 06 марта 2016

«Динамический диапазон» (DR) не является абсолютной характеристикой.

Самым грубым определением DR является «соотношение между самыми яркими и самыми темными интенсивностями серого, которые датчик может записывать очень хорошо».

DR цифрового датчика получается из двух измерений:

  1. интенсивность отсечения [для наиболее чувствительного канала] при заданной цветовой температуре (DxO наиболее вероятно использует D65);
  2. интенсивность, которая создает граничное количество шума (т. Е. Если оно темнее, шум недопустим).

Тогда у вас есть два способа вычисления DR цифрового изображения.

  • Тупой способ - использовать данные пикселей для вычисления шума («экранные» измерения на сайте DxO). Если вы вычислите DR линейного датчика с помощью X-битного АЦП таким образом, он никоим образом не может быть больше, чем X EV.
  • Умный способ (который является единственным возможным способом сравнения фотографий с камер с разным разрешением) учитывает разрешение при вычислении шума («распечатка» измерений на DxO). Таким образом, АЦП не ограничивает DR, можно создать камеру с большим сенсором и тем же АЦП, и у нее будет больший воспринимаемый динамический диапазон.

Таким образом, вы не найдете ни одной камеры, "DR" экрана которой выражается в EV, превышает разрешение АЦП, выраженное в битах.

Комментарии к другим ответам:

Исходя из этого, я думаю, мы можем определить, что датчик в K-5 не имеет линейного аналого-цифрового преобразователя.

Не разработано ни одного цифрового датчика с нелинейным аналого-цифровым преобразованием. Каждое преобразование тона, которое делает камера (включая специальные режимы вывода видеокамер и, в частности, серии Sony A7), выполняется с использованием дискретных данных.

Kodak DCS Pro 14n имеет двухканальный режим работы АЦП, в котором выходной сигнал является кусочно-линейным.

Учитывая оценку K-5 в присутствии этих источников шума, указывает мне, что конвейер изображения имеет умеренную степень нелинейности

K-5 имеет идеально ровный отклик (как и любая другая камера, за исключением, вероятно, единственного Kodak DCS Pro). Я измерил это сам.

Примечание: DxO Labs не изменяет размеры и не печатает что-либо для «печати» измерений, они скорее используют коэффициент разрешения в формулах. Примечание: в этом посте «линейный» не является «логарифмическим».

...