Wie linear sind DSLR-Sensoren?

Nehmen wir genauer gesagt an, wir machen ein W&B-Foto.

Bild 1 : Und sagen wir wir nehmen es mal mit 1/1000 Verschlusszeit, so dass die Werte für R/G/B von 0 bis MAXVALUE / 2 reichen

Bild 2: Und dann nehmen wir dieselbe Szene mit einer Verschlusszeit von 1/500, sodass die Werte von 0 bis MAXVALUE reichen.

Frage: Wird Bild 1 wie Bild 2 aussehen, wenn die Helligkeit so skaliert wurde, dass der gesamte Dynamikbereich ausgefüllt ist?

In Bezug auf die Sensorlinearität könnten auch die Überlegungen zu wissenschaftlichen CCDs in dieser Antwort von Interesse sein.

Antworten (3)

Digitale Sensoren sind für den überwiegenden Teil der Reaktionskurve sehr linear, mit Abweichungen ganz unten (aufgrund von Rauschen, je nachdem, wo der schwarze Punkt eingestellt ist) und ganz oben nahe der Sättigung. Digitale Sensoren sind besonders linear im Vergleich zu Film, der eine ausgeprägte S-förmige Reaktionskurve hat.

Der Grund dafür ist, dass einfallende Photonen Elektronen in der Fotodiode freisetzen, die eine Ladung erzeugen, die schließlich ausgelesen wird, um das Bild zu erzeugen. Die Anzahl der freigesetzten Elektronen hängt von der Anzahl der einfallenden Photonen ab, daher die lineare Reaktion auf die Lichtintensität. Wenn sich eine Photosite jedoch der Sättigung nähert, reduzieren verschiedene elektrische Effekte die durch einfallende Photonen erzeugte Ladung, was zu einem Abfall der Antwortkurve führt (dh sie wird flacher). Nach der Sättigung kann keine weitere Leistungssteigerung mehr erreicht werden, so dass die Kurve stark nichtlinear wird.

Es ist jedoch wichtig zu wissen, dass RAW-Konverter sowohl in der Software als auch in der Kamera wahrscheinlich eine Art Tonwertkurve auf das Bild anwenden, um eine kontrastreichere filmähnliche Ausgabe zu erzielen.

Es gibt kein "wahrscheinlich", jeder RAW-Konverter wendet zumindest eine Tonkurve für die Gamma-Antwort an. Das in den meisten Bilddateien verwendete RGB ist entschieden NICHT linear.

Es ähnelt eher einer S-Kurve, bei der das untere Ende größtenteils durch Subtraktion des Dunkelstroms abgeschnitten wird, aber es beginnt mit der Sättigung, bevor es den MAXVAL erreicht. In einem 8-Bit-Bild habe ich manchmal festgestellt, dass die wahre Sättigung bei etwa 200 und nicht bei 255 beginnt.

Aus diesem Grund sind HDR-Bilder komplizierter zu erstellen als zu summieren (Wn*In), wobei Wn durch die Belichtung von In gegeben ist. Sie müssen zuerst die Empfindlichkeitskurve kalibrieren.\

Schauen Sie sich Folie 9.8 an:

http://www.uio.no/studier/emner/matnat/ifi/INF5440/v10/undervisningsmateriale/F9e.pdf

und Antwortkurven hier:

http://pages.cs.wisc.edu/~sgallege/P1/index.html

Lesen Sie hier mehr über die Kalibrierung von Antwortkurven:

http://www.pauldebevec.com/Research/HDR/debevec-siggraph97.pdf

Die Tonwertkurve im zweiten Link ist sehr irreführend, da unklar ist, wie die Bilder verarbeitet wurden (z. B. wendet die RAW-Konvertierung in der Kamera eine eigene Kurve an), aber noch wichtiger ist, dass die Kurve auf einer logarithmischen Skala aufgetragen ist!
Hier ist ein sehr grober Kurvenausgang V ist eine Funktion von Elektronen - Sie sehen den Ausschnitt der s-Kurve um Null herum und die Pre-MaxValue-Sättigung "Knie": siliconimaging.com/SI6600%20spec.htm
@MichaelNielsen Ein Zitat aus Ihrem Link direkt unter dem [V]-Diagramm, auf das Sie sich bezogen haben: "Die obige Abbildung zeigt die Pixelantwortkurve im linearen Antwortmodus."
Ja, linearer Modus (normal) versus bilinearer Reaktionsmodus (HDR). und die Abbildung zeigt, dass die Einstellung, die sie als "linearen Modus" bezeichnet haben, nicht wahr linear ist. „Der SI-6600 kann in einem bilinearen Dual-Slope-Modus verwendet werden, wodurch der nutzbare Dynamikbereich in Szenen erweitert wird, in denen Details in hellen Bereichen erhalten bleiben sollen, während gleichzeitig Details in dunkleren Regionen beibehalten werden sollen. Bei normaler linearer Reaktion a Die Kamera benötigt eine kurze Belichtungszeit, um die hellen Bereiche vor Sättigung zu bewahren."

(Hinweis: Obwohl Sie ausdrücklich nach DSLR-Sensoren gefragt haben, dachte ich, dass dies der Vollständigkeit halber von Interesse sein könnte.)

Bei CMOS-Sensoren hat jeder Sensor seinen eigenen Verstärker, sodass die Reaktion des Sensors theoretisch pro Pixel angepasst werden kann. Tatsächlich gibt es bereits HDR-Sensoren auf dem Markt, deren Antwort nichtlinear ist, um einen höheren Dynamikbereich zu ermöglichen. Zum Beispiel der OV10630 HDR , der auf die Automobilindustrie ausgerichtet ist.

Ich konnte jedoch keinen nativen HDR-Sensor für Consumer-Kameras finden.

Wie linear sind DSLR-Sensoren?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v