Welchen Belichtungsspielraum (Dynamikumfang) hat die 20D?

[CamBoy]

Habe gerade die Sache mit dem Motivkonstrast, sowie der Schwärzungskurve bei Analogfilmen gelesen und nun frage ich mich, wo der Bereich der richtigen Belichtung (Motivkontrast) eigentlich bei der 20D liegt? Bei Analogfilm liegt diese ja beim Motivkontrast von 1:16 idealerweise bei ~ 4 - 5 Blendenstufen, aber wie sieht es bei der 20D, oder allgemein bei Digitalkameras aus?

Ich finde diese Frage interessant im Bezug auf die richtige Belichtung, falls mal ein höherer Kontrastumfang da ist, (ist ja recht oft der Fall) als die Kamera erfassen / darstellen kann und somit der gesamte Tonwertumfang nicht mehr im Bereich der richtigen Belichtung unter zu bringen ist und man sich so entscheiden muß, entweder auf die Lichter oder Schatten zu belichten... Also geht es wohl letztendlich einfach ausgedrückt, um den Dynamikumfang der 20D oder anderen vergleichbaren DSLR's... Kann jemand was dazu sagen oder hat Erfahrungen sammeln können? Danke

[Sebastian Stumpf]

... wenn man diesem trauen kann:

<a href='http://www.robgalbraith.com/ubbthreads/showflat.php?Cat=&Number=213590&page=0&view=collapsed&sb=5&o=&fpart=1' target='_blank'>forum link</a>

Aber soweit ich weiss, ist das bei RAW. JPEG hab ich irgendwas mit 5 Blenden im Kopf...

Gruss
Sebastian

[Georg]

beträgt der Belichtungsspielraum 12-Blenden. Nach der Verabeitung der Daten (Gradationskurve, Umwandlung in 8-Bit-Farbwerten, usw.) bleiben im günstigstens Fall 8 Blenden übrig, aber auf dem Papier können max. 5-6 Blenden wiedergegeben werden. Und wieviel kann unser Auge auflösen? Ich weiß es nicht.

[axl*]

die dabei verbleibende Auflösung ist dabei ein erhebliches Kriterium. Daher nutzt es nix, Graukarten rauf und runter zu belichten. Ich mache mir schon eine ganze Weile den Kopf für einen aussagfähigen und reproduzierbaren Messaufbau, leider bisher ohne Ergebnis. Geschätzt kann man IMHO aus einem gut belichteten RAW etwa knapp 9 saubere Blenden entwickeln.

[axl*]

<i>[Georg schrieb am 26.12.04 um 13:22:26]

> beträgt der Belichtungsspielraum 12-Blenden.</i>

Kannst du das dokumentieren?

[CamBoy]

~ 8 - 9 Blenden in Erinnerung, kann mir das ganze aber nicht so recht vorstellen... Entweder habe ich da einen Denkfehler oder ich verwechsel da irgendwie was... Wenn ich mir jetzt ein Kontrastreiches Motiv vorstelle, wie ich es sehr oft in der Natur habe, dann müste ja rein theroretisch laut Angabe verschiedener Quelle, das Bild, wenn es den richtig mittig belichtet wird, sowohl rund 4 Blenden in jede Richtung Spielraum haben, aber sehe ich das im Endeffekt auch auf dem Endgültigen Bild? Mir kommt das irgendwie nicht so vor... Oder ist mit den ~ 9 Blenden nur der Umfang gemeint, den ich z.B. durch nachträgliche Unter und Überbelichtung im RAW Converter erreichen kann? Mich würde aber interessieren, wie viel davon sehe ich auf einem normal belichteten Bild. Vielleicht hab ich hier nen Denkfehler, aber irgendwie kann ich mir nicht so richtig vorstellen das ich bei jedem Bild wirklich die 9 Blenden richtig sichtbar habe, wohl aber nur, weil ich oft Motive habe, die diesen Dynamikumfang überschreiten... Aber wie gesagt, ist wohl nur ein reiner Denkfehler... Danke.

[CamBoy]

[Georg]

Vorweg die Daten aus dem Datenblatt:
8.2-megapixel,
22.5 x 15.0mm,
12-bit RGB CMOS sensor delivering 3,504 x 2,336-pixel images.

Mit einem Bit kann man 2 Zustände darstellen, also schwarz und weiß, mit 2 Bit ensprechend 2 x 2 = 4 Zustände, usw. , also 2 ^ 12 (2 hoch 12 = 4096). Beim Sensor handelt es sich um einen AD-Wandler, der die Analoge Helligkeitsinformation in einen digitalen Wert überträgt. In diesem Fall also in 2 ^ 12 Stufen.

Wie arbeitet die Blende? Jede Blende bedeutet eine Halbierung bzw. Verdopplung des Lichtes, dass auf den Film/Sensor fällt. Wie oft kann man 4096 durch 2 dividieren? 12 mal. Mach ich einen Denkfehler?

[CamBoy]

~ 5 Blendenstufen für die Canon Digitalkameras geredet... Kommt also doch ähnlich zum Film und wie von mir eher vermutet hin... Mercì

[Sebastian Stumpf]

<i>> Wie arbeitet die Blende? Jede
> Blende bedeutet eine Halbierung bzw. Verdopplung des Lichtes, dass auf den Film/Sensor
> fällt. Wie oft kann man 4096 durch 2 dividieren? 12 mal. Mach ich einen Denkfehler?
</i>
Ich glaub da ist ein Denkfehler drin, bin mir aber nicht ganz sicher. Meiner Meinung nach stimmt die Rechnung so schon, nur es fehlt ein Schritt: die Sensoren sind linear, d.h. doppelt soviel licht heisst auch doppelt soviel spannung -> doppelt so hell. Das menschliche auge ist aber nicht linear, da wir in den dunklen stellen mehr sehen, als in den hellen (wir haben ja so viele s/w rezeptoren fuer wenig licht gucken). Das fuehrt dazu dann zu gamma korrektur, damit das Bild fuer uns richtig aussieht: dunkle stellen werden gedehnt, helle stellen gestaucht. Das ist uebrigens auch der Grund, warum man bei RAWs immer 'histogramm nach rechts' (d.h. moeglichst hell) belichten soll. Vielleicht hat die Gammakorrektur keinen Einfluss auf den Dynamikumfang, aber ich denke schon...

Gruss
Sebastian

[Georg]

Das unser Auge nicht linear arbeitet ist richtig und das eine Anpassung erforderlich ist, da stimme ich dir vollkommen zu. Aber der Dynamik-Umfang ist doch der Unterschied zwischen der dunkelsten und der hellsten Helligkeitinformation die vom Sensor aufgenommen werden kann. Oder? Da ändert sich nichts. Die Gamma-Korrektur stellt lediglich sicher, dass die Helligkeitsabstufungen unsere Seheindruck entsprechen. Egal wie wird die Gamma-Kurve formen, wenn der Schwarz- und Weißpunkt sich nicht ändert, kann sich der Dynamik-Umfang doch nicht ändern. Oder? Ändert sich bei einem Musikstück der Dynamik-Umfang, wenn wir mit einem Equalizer die Klangwiedergabe verändern, ohne die leisesten und lautesten Stellen zu verändern?

[Sebastian Stumpf]

der hellste und der dunkelste Punkt aendern sich nicht. Also aendert sich auch nichts am dynamikumfang!

[Dietmar Sierk]

der oben stehenden Rechnung kann ich nicht viel entgegensetzen. Wenn aber geschrieben wird man kann sich die 8 oder 9 Blenden nicht richtig vorstellen, weil man sie im Bild nicht mehr sieht, dass ist dies auch nach zu vollziehen. Denn überlegt man sich die Reihe 1x2x2x2 usw. Ist zwar schon in der ersten Stufe (Blende) eine Information (Bit wie nachgewiesen) Aber die Helligkeitsschwankung im Bild doch sehr gering und für unser Auge sicher nur schwer wahrnehmbar.
Weiterhin vermute ich mal, dass der Sensor nicht über den gesamten Bereich der 12Bit linear arbeitet. Es ist eine Vermutung, ich habe in einer Arbeit einmal die Kennline einer CMos Videokamera ermittelt, die war in 2/3 ihrer Kennline linear, dann kam aber eine deutlich Abflachung. Der Messaufbau ist recht einfach, wenn man nicht die Abhängigkeit zur absoluten Helligkeit benötigt, sonder die sache relativ betrachten kann. Ich habe die erste Ableitung der Kurve gemessen und dann das Integral hinterher gebildet. Dazu benötigt man lediglich zwei unabhängige Lichquellen, in meinem Fall waren es zwei Leuchtdioden.

Gruß
Noch ein frohes Fest
Dietmar

[Micha67]

Richtig ist: der Bildwandler arbeitet intern mit 12 bit Farbtiefe und er arbeitet bis hin zur AD-Wandlung in guter Näherung linear, wäre also prinzipiell in der Lage, bis zu 12 Blendenstufen linear abzubilden, ... wenn da nicht der verflixte Dynamik-begrenzende Noise wäre.

Noise ist aber nun mal nicht ein konstantes Ding, da er sich aus vielen Einzelkomponenten zusammensetzt. Komplizierend kommt also hinzu, daß der Noise nicht etwa eine für den jeweiligen ISO-Wert typische feste Größe hat, sondern daß manche Komponenten des Noise zusätzlich Signal-abhängig sind.

Die vermutlich relevantesten Komponenten des Noise sind:
- Dunkelstrom
- Photonenrauschen ('shot noise')
- Noise in der on-chip-Nachverstärkung
- Noise im A/D-Wandler
- Quantisierungsrauschen
- evtl. Noise-Verstärkung durch Bitshift-Operation in extrem hohen ISO-Werten
- evtl. zusätzliche Noise-Komponenten durch JPEG-Kodierung

Je nach fotografischer Situation wird die eine oder die andere Noise-Komponente führender
bzw. Qualitäts-limitierender werden. Zu nennen sind z.B.:

- Dunkelstrom: dominant z.B. bei Astro-Langzeitbelichtungen in lauen Sommernächten
- Photonenrauschen: dominante Rauschkomponente bei hohen ISO-Werten
- on-chip-Verstärkung und A/D-Wandler-Noise: signifikanter bei niedrigen ISO-Werten

Aus dieser Situations-Abhängigkeit des Noise mag klar werden, warum es nicht einfach ist,
EINEN Dynamikbereich einer bestimmten Kamera anzugeben.

Für die Praxis mag es aber hinreichend sein, sich zu vergegenwärtigen, daß eine gute DSLR in der Dynamik Diafilm (dieser hat ca. 6-7 Blendenstufen) locker schlägt und Farbnegativmaterial (bis zu 12 Blendenstufen bei niedrigempfindlicher Emulsion) im Belichtungsspielraum nicht ganz erreicht.

In JPEG-Ausgabe sind bei 'normalen' Kontrasteinstellungen üblicherweise ca. 9-9,5 Blendenstufen kodiert (in die 8 Bits des JPEG-Formates hineingemappt), die 10-Bit RAW-Ausgabe enthält nochmals etwas mehr Dynamikumfang, der durch unterschiedliche Entwicklungen nutzbar gemacht werden kann. Wieviele Bits bzw. Blendenstufen in den Schatten dabei Noise oder bereits nutzbare Information tragen, hängt von Kamera, ISO-Wert, Motivkontrast und nicht zuletzt der Größe der gemittelten Fläche ab. Ein Dynmaikumfang von z.B. 12 Blendenstufen, der bei bloser Unterscheidung großer weißer und schwarzer Flächen noch klar zutage treten kann, dürfte bei kleineren Bilddetails nicht mehr wirksam werden, da er im Pixel-Noise untergeht. Geht man im Extremfall gar auf Einzelpixel-Ebene (was IMO nicht so besonders viel Sinn macht), so wird der tatsächlich nutzbare Dynamikumfang selbst bei niedrigstem ISO gar in Bereiche um 6-7 Blendenstufen fallen.

Ergo: Angaben zum Dynamikumfang machen nur dann einen gewissen Sinn, wenn die Rahmenbedingungen klar definiert und beschrieben sind. Andernfalls wären höchstens vergleichende Ansätze zwischen verschiedenen Kameras sinvoll. Für den Hausgebrauch genügt es jedoch vermutlich, die Noise-Pegel der verschiedenen Kameras als Grundlage für die Abschätzung eines nutzbaren Dynamikumfangs als Vergleichskriterium zu nutzen.

[Michael Luks]

wow. gute erklärung!

[r0b]

Der Dynamikumfang wird von den Sensoren auf dem Bildaufnehmer festgelegt, nicht vom A/D-Wandler, der nachgeschaltet ist. Sonst würden alle mit 48 Bit Farbtiefe arbeiten und hätten 48 Blenden Dynamikumfang.

Allerdings stellt die Anzahl der Bit eine obere Grenze für den Dynamikumfang dar, mehr als 12 Blenden kann man damit also nicht darstellen.

Wenn zuviele Bit spendiert werden, sind die niederwertigsten Bit eben immer reines Rauschen ...

Ciao,
Rob