Kontrastumfang der M8

[mjh]

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In den Tests auf www. dpreview.com erreichte die 5D einen Dynamikumfang von 8,2 BW

die M8 einen von 8,4 BW und die D300 lag bei 8,8 BW. Die Top Kameras liegen diesbezüglich also alle sehr eng beisammen.

Harald hat aber schon recht: Diese Messungen sagen mehr über die interne Bildverarbeitung aus als darüber, zu was die Kameras wirklich fähig sind. Der Dynamikumfang von JPEGs ist mehr oder minder willkürlich begrenzt.

[isaac]

Hallo!

In den Tests auf www. dpreview.com erreichte die 5D einen Dynamikumfang von 8,2 BW die M8 einen von 8,4 BW und die D300 lag bei 8,8 BW.

Na ja, das wären schon einmal - wenn man das Komma wegläßt - 3 Hausnummern. Noch ein paar solche Tests und die Straße ist voll :-)

Die Top Kameras liegen diesbezüglich also alle sehr eng beisammen. Die Behauptung, dass der eine oder andere Hersteller an einem höheren Ende angesiedelt ist,gründet da doch eher auf einer paltonischen Liebesbeziehung zur jeweilig favorisierten Marke, denn auf der rationalen Analyse nüchterner Testwerte.

Wenn ich schon nichts anderes Erreichen kann, so versuche ich doch, Argumente aufzuzeigen, daß diese Testwerte absolut nichts aussagen. Es wäre schon bedenklich die Daten aus den RAW Dateien heranzuziehen, dafür aber die 'ausgearbeiteten' JPEG zu verwenden, dient wirklich nur der Hausnummerngenerierung.

Das Argument, daß der Benutzer ja im Allgemeinen nichts anderes als JPEG zur Verfügung hat, ist glatt an der Themenstellung (Dynamikumfang der Kamera) vorbei. Wie war noch das Dichterwort? "... s'ist alles Chimäre, aber mich unterhält's ..."

[esser]

Der Zusammenhang zwischen der Wandlerauflösung (Bit) und dem Kontrastumfang, den der Sensor zwischen dem niedrigsten registrierbaren Wert aller 4 Pixel und dem höchsten registrierbaren Wert aller 4Pixel erfassen kann, besteht meiner Meinung nach nicht.

Man kann mathematisch JEDE Zahlendifferenz linear oder nichtlinear in unendlich viele Zwischenwerte unterteilen. D.h. man kann auch einen Umfang von einer Blendenstufe in unendlich viele Bit aufteilen (was natürlich nicht sinnvoll ist, aber mathematisch möglich).

Die Anzahl Bit legt nur die Anzahl Klassen fest, in die die Werte zwischen kleinstem und größten eingeteilt werden. Unendlich viele Bit entspräche einer kontinuierlichen Verteilung der Werte. Bei 4 Bit erhält man nur 16 verschiedene Werteklassen, was zu einer sehr stufigen Wiedergabe von Farben oder Grauwerten führen würde. 14 Bit lassen gut 16000 Stufen zu, was schon fast kontinuierlich wirkt.

Wir haben in der Schule gelernt: Es lässt sich mathematisch beweisen, dass jede Strecke, auch die kürzeste, unendlich viele Punkte enthält.

[mjh]

Der Zusammenhang zwischen der Wandlerauflösung (Bit) und dem Kontrastumfang, den der Sensor zwischen dem niedrigsten registrierbaren Wert aller 4 Pixel und dem höchsten registrierbaren Wert aller 4Pixel erfassen kann, besteht meiner Meinung nach nicht.

Man kann mathematisch JEDE Zahlendifferenz linear oder nichtlinear in unendlich viele Zwischenwerte unterteilen. D.h. man kann auch einen Umfang von einer Blendenstufe in unendlich viele Bit aufteilen (was natürlich nicht sinnvoll ist, aber mathematisch möglich).

Hier sind, glaube ich, verschiedene Aspekte durcheinander geraten. Obwohl die Zahl der Bits, die ein linearer A/D-Wandler liefert, der Obergrenze des erreichbaren Dynamikumfangs in Blendenstufen entspricht – die erreicht würde, wenn es kein Rauschen gäbe –, heißt das keineswegs, daß es nicht eine Vielzahl von Tonwerten zwischen den Blendenstufen gäbe.

 

Mit einem 12-Bit-Wandler könnte man theoretisch einen Dynamikumfang von 12 Blendenstufen erreichen, aber mit 12 Bit kann man natürlich nicht nur 12, sondern 2^12, also 4096 verschiede Werte darstellen. Die hellste Stufe des Tonwertumfangs wird in 2048 Zwischenwerte aufgelöst, die nächst dunklere in 1024 Werte und so weiter. Die Zahl der unterscheidbaren Tonwerte ist etwas ganz anderes als der Dynamikumfang. Der Dynamikumfang der M8 wird beispielsweise durch die 14 Bit begrenzt, die der A/D-Wandler liefert, aber aufgrund der verlustbehafteten Kompression unterscheiden die Raw-Dateien der M8 nur 256 verschiedene Tonwerte.

 

Aber um auf den Ausgangspunkt zurückzukommen: Wenn Michael Reichmann recht hätte und der Dynamikumfang von Digitalkameras bei maximal 6 Blendenstufen läge, dann müßten die überall eingesetzten linearen A/D-Wandler über 6 Bit hinaus nur noch Rauschen liefern, denn anders wäre nicht zu erklären, weshalb aus einem 12-, 14- oder 16-Bit-Wandler nicht mehr als 6 Blendenstufen herauszuholen sein sollten. Das entspricht aber kaum den Erfahrungen irgendeines Fotografen, der aus seinen Raw-Dateien ein Maximum an Tonwertumfang herauszuholen versucht.

 

Die Auflösung der Tonwerte kann prinzipiell immer weiter verfeinert werden, aber da wir letztendlich diskrete Elektronen zählen, wäre es sinnlos, mehr Werte zu unterscheiden, als es Elektronen zu zählen gibt – wir haben es nicht mit einem Kontinuum von Werten zu tun. Und wenn die feinsten Unterscheidungen deutlich kleiner als das Rauschen werden, bringen sie ebenfalls keinen Gewinn mehr.

[isaac]

Hallo!

Der Zusammenhang zwischen der Wandlerauflösung (Bit) und dem Kontrastumfang, den der Sensor zwischen dem niedrigsten registrierbaren Wert aller 4 Pixel und dem höchsten registrierbaren Wert aller 4Pixel erfassen kann, besteht meiner Meinung nach nicht.

Leider muß ich dir widersprechen. Zur Zahlenbasis 2 entspricht ein Digit (also ein Bit) exakt einer Blendenstufe.

Wenn also der dunkelste Wert 0 ist und der höchste Wert 2^14, dann haben wir - theoretisch, weil wir das Grundrauschen nicht betrachten - eine Dynamik von 14 Blendenstufen.

Was du meinst, ist die Auflösung (Granularität) der einzelnen Werte. Die beträgt bei der M8 nur 8 Bit.

Da darfst keinesfalls Dynamik (Kontrastumfang) mit Auflösung verwechseln. Und deine Ausführungen beziehen sich nur auf die Auflösung...

[t024484]

Wie immer führt ein Diskussion über komplizierte Themen zwischen "Leihen" und "Experten" zu Babylonische Sprachverwirrungen, so auch hier.

Als Mathematiker kann ich bestätigen das MJH genau verstanden hat warum es geht.

Man soll Respekt haben für sein Geduld das anderen zu erklären.

[esser]

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Aber um auf den Ausgangspunkt zurückzukommen: Wenn Michael Reichmann recht hätte und der Dynamikumfang von Digitalkameras bei maximal 6 Blendenstufen läge, dann müßten die überall eingesetzten linearen A/D-Wandler über 6 Bit hinaus nur noch Rauschen liefern, denn anders wäre nicht zu erklären, weshalb aus einem 12-, 14- oder 16-Bit-Wandler nicht mehr als 6 Blendenstufen herauszuholen sein sollten. Das entspricht aber kaum den Erfahrungen irgendeines Fotografen, der aus seinen Raw-Dateien ein Maximum an Tonwertumfang herauszuholen versucht.

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Ist der Dynamikumfang wirklich durch den Wandler begrenzt und nicht durch die Eigenschaften der lichtempfindlichen Schicht in den Pixeln?

Außerdem entschuldige ich mich dafür, dass ich von obigen Ausführungen noch nicht überzeugt bin. Ich bin nach wie vor überzeugt, dass man ein analoges Signal, wie es die Pixel liefern, das einen Umfang 1,...,M hat, in N Bit zerlegen kann. Die Klassengröße ist dann einfach M / 2**N.

[t024484]

Ist der Dynamikumfang wirklich durch den Wandler begrenzt und nicht durch die Eigenschaften der lichtempfindlichen Schicht in den Pixeln?

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Der Dynamikumfang wird begrenzt durch das Element, was den kleinsten Dynamikumfang hat.

Wenn man also alles aus den Sensor holen will, was an dynamik möglich ist ist, dann soll der A/D-Konverter seine empfindlichste Stufe etwas unter dem Rauschniveau vom Sensor haben.

Also ganz klar: wenn ein Kamera richtig construiert ist, soll immer der Sensor der Dynamikbegrenzende Faktor sein.

Es macht kein Sinn, dann ein A/D-Konverter mit noch mehr Bits zu nehmen, also einen, der einen größeren Dynamikumfang als der Dynamik vom Sensor bietet.

Die kleineren Schritten von einem A/D-Konverter mit mehr Bits führen deshalb nicht zu einer sinnvoll feinere Auflösung, weil zusätzlich auf die durch die Belichtung entstandene Spannung im Sensor auch immer noch das Grundrauschen des Sensors hinzu kommt.

 

Außerdem entschuldige ich mich dafür, dass ich von obigen Ausführungen noch nicht überzeugt bin. Ich bin nach wie vor überzeugt, dass man ein analoges Signal, wie es die Pixel liefern, das einen Umfang 1,...,M hat, in N Bit zerlegen kann. Die Klassengröße ist dann einfach M / 2**N

Stimmt genau - und das gilt bis zum Punkt, dass N nur noch Rauschen, also überflüssige Information, digitalisiert. Ab da macht ein große Zahl für N keinen Sinn.

[mjh]

Ist der Dynamikumfang wirklich durch den Wandler begrenzt und nicht durch die Eigenschaften der lichtempfindlichen Schicht in den Pixeln?

Der Dynamikumfang wird durch das schwächste Glied bestimmt. Das wird in der Regel nicht der A/D-Wandler sein, obwohl das prinzipiell möglich wäre. Durchweg ist es aber so, daß der Wandler feiner auflöst, als er auflösen müßte, das heißt, er löst neben dem Signal schon ein bißchen Rauschen auf. Der Wandler legt dann die Obergenze für den Dynamikumfang fest (bei 14 Bit werden es also nie mehr als 14 Blendenstufen sein können); wie nahe man dieser Obergrenze kommt, hängt dann vom Rauschen ab (und der Wandler selbst ist für das Rauschen mitverantwortlich).

 

Ich bin nach wie vor überzeugt, dass man ein analoges Signal, wie es die Pixel liefern, das einen Umfang 1,...,M hat, in N Bit zerlegen kann. Die Klassengröße ist dann einfach M / 2**N.

Stell’ Dir vor, daß das Signal aufgrund des Rauschens um einen gewissen Betrag zufällig schwankt. Wenn der Wandler feiner als die Schwankungsbreite der Summe von Signal und Rauschen auflöst, digitalisiert man mit den zusätzlichen Bits nur noch Rauschen, gewinnt also keine höhere Signalauflösung.