Wie viele Stopps gibt es zwischen dem mittleren grauen und dem weißen Punkt?

Ich versuche, mir die Beziehung zwischen Belichtung, Dynamikbereich, Lichtstopps und Mittelgrau vorzustellen. Ich werde einige Fragen zu diesem Thema stellen. Einige von ihnen können dumm oder falsch gestellt sein. Bitte haben Sie Geduld mit mir, ich bin wirklich verloren und mir fehlen einige wichtige Kenntnisse. Und ich habe keine Ahnung, wo ich anfangen soll.

  • Wie viele Lichtstopps gibt es zwischen dem Schwarzpunkt RGB(0, 0, 0) und dem Weißpunkt RGB(255, 255, 255)? Ist das derselbe wie der von DxOMark gemessene Dynamikbereich der Kamera?
  • Wie viele Stopps gibt es zwischen dem mittleren Grau, das RGB (119, 119, 119) ist, und dem Weißpunkt?
  • Hängt der Abstand in Stufen zwischen dem mittleren Grau- und dem Weißpunkt von meinem Kameramodell ab?
  • Wie kann ich zu Hause den tatsächlichen Abstand in Stopps zwischen dem mittleren grauen und dem weißen Punkt messen?
  • Wie kann ich den theoretischen Abstand zwischen dem mittleren Grau- und dem Weißpunkt basierend auf den Spezifikationen einer Kamera und den Messungen einer anderen Person berechnen?
  • Wie berechnet man im Allgemeinen den Abstand in Stopps zwischen einem RGB(n,n,n)-Grau und einem RGB(m,m,m)-Grau?
  • Wie addiert oder subtrahiert man eine bestimmte Anzahl von Stopps zu einem RGB(n,n,n)-Grau ohne Lightroom?
  • Wo kann ich das alles alleine lernen? Irgendwelche Buch- oder Online-Kursempfehlungen?

Normalerweise fotografiere ich mit Adobe RGB und konvertiere dann für das Web in sRGB. Hängt die Antwort auf eine der oben genannten Fragen vom Zielfarbraum des Fotos ab?

Dieser Artikel ist auch wertvoll: cambridgeincolour.com/tutorials/dynamic-range.htm
Dies variiert nicht nur je nach Kamera (sonst hätten sie alle denselben DR), sondern auch je nach Einstellung (Kontrast, Ton usw.). Also werde ich sagen unmöglich zu beantworten .
@PhilipKendall Ich war schüchtern, weil es eine Teilantwort ist ... Aber du hast wahrscheinlich Recht.
@Fumidu Sei nicht schüchtern :-) Eine teilweise Antwort ist besser als keine Antwort.

Antworten (3)

Intro
Aufgrund Ihrer Fragen habe ich den Eindruck, dass Sie einen wichtigen Punkt übersehen, und das ist der Unterschied zwischen:

  • Lichtwahrnehmung in der realen Welt,
  • Lichtwahrnehmung in der Welt, wie Menschen sie wahrnehmen,
  • Lichtwahrnehmung, wie der Sensor Ihrer Kamera sie aufzeichnet,
  • Lichtwahrnehmung als Bildformate und Ihr Computer nimmt es wahr (oder verarbeitet) es.

Die reale Welt hat eine große Anzahl von Stopps zwischen Schwarzpunkt und Weißpunkt. Entfernte Sterne emittieren nur wenige Photonen pro Sekunde auf uns, während die Sonne etwa 10^17 Fotos pro Sekunde auf uns wirft. Das sind etwa 57 Haltestellen(!). Das menschliche Auge kann zu jedem Zeitpunkt etwa 10 bis 14 Stufen des Dynamikbereichs sehen ( Quelle ) und etwa 24 Stufen, wenn wir die Zeit haben, unsere Augen anzupassen ( Quelle ). Die Sensoren von DSLRs liegen knapp darunter (8-11 Blenden). Kleinere Sensoren haben oft einen geringeren Dynamikbereich. Die digitale Bildverarbeitung mit 8 Bit hat genau 8 Blenden Dynamikbereich.

Ich versuche, Ihre Fragen zu beantworten
Ich werde versuchen, Ihre Fragen so gut wie möglich zu beantworten. Mein Ziel ist es, Ihnen einen Einblick zu geben, anstatt Ihnen nur eine klare Antwort zu geben, weil ich denke, dass dies am besten zur Absicht Ihrer Frage(n) passt.

  • Wie viele Lichtstopps gibt es zwischen dem Schwarzpunkt RGB(0, 0, 0) und dem Weißpunkt RGB(255, 255, 255)? Ist das derselbe wie der von DxOMark gemessene Dynamikbereich der Kamera?

Es gibt 8 Stopps zwischen RGB 0 und RGB 255 , wenn Ihr Gamma 1 ist. Wenn ich beispielsweise Photoshop verwende, um eine RGB-Farbe (119, 119, 119) mit der Belichtungsfunktion auf RGB 255 aufzuhellen, muss ich +2,42 hinzufügen stoppt. Aber ich muss -11,48 unterbelichten, bevor ich zu RGB (0,0,0) komme. Wenn Sie das Info-Bedienfeld geöffnet haben und Ihren Farbwähler beim Verschieben des Belichtungsmessers auf das Farbfeld zeigen, werden Sie sehen, dass sich die RGB-Werte schneller ändern, wenn Sie eine Belichtung hinzufügen, und langsamer, wenn Sie die Belichtung nach unten verschieben. Wie in der Antwort von @Fumidu erwähnt, liegt das am Standard-Gammawert von 2,2.

  • Wie viele Stopps gibt es zwischen dem mittleren Grau, das RGB (119, 119, 119) ist, und dem Weißpunkt?

Wenn Sie über RGB-Werte sprechen, befinden Sie sich in der Welt der Computerverarbeitung. Haltestellen sind Übersetzungen von der realen Welt (doppelt so viel Licht) in digitale Bilder. Unterm Strich hängt dies davon ab, wie Ihr Computer (und Ihre Bildbearbeitungssoftware) mit "Belichtung" umgeht. Mit anderen Worten: Das hängt vom Gamma ab. Mein Experiment in Photoshop ergab +2,42 Stopps. Aber so handhabt Photoshop Gamma und Belichtung. Basierend auf der Idee, dass die eine Blende doppelt so viele Lichter sind und wenn Sie ein Gamma von 1 annehmen (doppeltes Licht bedeutet doppelte RGB-Werte), ist es (ln(255)-ln(119)) / ln(2) = 1,1 Haltestellen (gerundet auf 2 Stellen). Sie können einfach mit dem Gamma multiplizieren, wenn das nicht 1 ist. Basierend auf Gamma 2.2 sind es 2,2 * ( ln(255)-ln(119) ) / ln(2) = 2,42 Stopps, was meinem experimentellen Ergebnis entspricht im Photoshop.

  • Hängt der Abstand in Stufen zwischen dem mittleren Grau- und dem Weißpunkt von meinem Kameramodell ab?

Ja. Das hängt von zwei Dingen ab:

  • Der Dynamikbereich Ihrer Kamera
  • Die Art und Weise, wie Ihre Kamera mit ISO in Bezug auf den Dynamikbereich umgeht

Wenn Ihr Dynamikbereich 10 beträgt, haben Sie 5 Stopps unter dem Mittelgrau und 5 Stopps darüber. Aber basierend auf dem ISO-Wert gibt Ihre Kamera den Schatten möglicherweise etwas mehr Priorität und versetzt das Mittelgrau, sodass Sie beispielsweise bei ISO 800 6 Blendenstufen unter dem Mittelgrau und 4 Blendenstufen darüber haben (um mehr Schattendetails bei der auf Kosten des Risikos des Highlight-Clippings). Hier ist ein Artikel, der dies für eine Videokamera erklärt, aber digitale Fotokameras machen genau dasselbe.

  • Wie kann ich zu Hause den tatsächlichen Abstand in Stopps zwischen dem mittleren grauen und dem weißen Punkt messen?

Stellen Sie Ihre Kamera auf einem Stativ oder einer stabilen Oberfläche auf. Legen Sie ein weißes Blatt Papier vor die Kamera. Stellen Sie sicher, dass das Blatt Papier gleichmäßig beleuchtet ist und dass die Lichtquelle konstant und vorzugsweise ziemlich weiß ist (oder passen Sie Ihren Weißabgleich an). Versetzen Sie Ihre Kamera in den manuellen Modus, stellen Sie die ISO fest auf 100 ISO ein, stellen Sie die Blende auf einen vernünftigen Wert (5,6 oder 8 wäre großartig) und beginnen Sie mit der Aufnahme von Aufnahmen mit unterschiedlichen Verschlusszeiten. Messen Sie die Pixelhelligkeit (RGB-Wert) und notieren Sie, wie viele Blenden zwischen (fast) schwarzen Aufnahmen (<10 RGB-Wert) und (fast) hellen Aufnahmen (>250 RGB-Wert) liegen. Dort haben Sie den Dynamikumfang Ihrer Kamera.

Dieser Artikel erklärt es etwas ausführlicher.

  • Wie kann ich den theoretischen Abstand zwischen dem mittleren Grau- und dem Weißpunkt basierend auf den Spezifikationen einer Kamera und den Messungen einer anderen Person berechnen?

Als Faustregel gilt: 5 oder 6 Stufen wären eine gute Schätzung für DSLRs (4 oder 5 für Kompaktkameras). Wenn Sie den Dynamikbereich kennen, ist es die Hälfte des Dynamikbereichs. Ziehen Sie eine Blende für hohe ISO (800-6400) und 2 Blenden für extrem hohe ISO (6400 und höher) ab.

Das Problem ist, dass der Dynamikumfang oft nicht Teil der Spezifikationen der Kamera ist. Auch die Art und Weise, wie die Kamera mit hohen (er) ISO-Bewertungen umgeht, ist Teil der Verarbeitungsmagie einer Kamera und oft nicht öffentlich verfügbar. Lange Rede kurzer Sinn: Eine allgemein fundierte Vermutung kommt dem ziemlich nahe. Eine Berechnung ist (aufgrund nicht verfügbarer Spezifikationen) praktisch unmöglich.

  • Wie berechnet man im Allgemeinen den Abstand in Stopps zwischen einem RGB(n,n,n)-Grau und einem RGB(m,m,m)-Grau?

Stopps = Gamma * ( ln(n) - ln(m) ) / ln(2)
ln ist der natürliche Logarithmus; aber wenn Sie es vorziehen, können Sie auch log verwenden, was Ihnen die gleichen Ergebnisse liefert.
Von 119 bis 255 ist es also n = 119, m 255, Gamma = 2,2, Stopps = 2,42.

  • Wie addiert oder subtrahiert man eine bestimmte Anzahl von Stopps zu einem RGB(n,n,n)-Grau ohne Lightroom?

Mit der obigen Formel können Sie dazu jede Software oder jedes Programmiertool verwenden. Sie sind sich nicht sicher, wonach Sie suchen.

  • Wo kann ich das alles alleine lernen? Irgendwelche Buch- oder Online-Kursempfehlungen?

Das ist sehr persönlich, aber ein paar meiner Favoriten sind:

Danke vielmals! Das gibt die meisten Informationen, die ich brauchte. Mit „theoretischer Distanz“ meinte ich, wie man das Ergebnis des Heimexperiments aus der vorherigen Frage auf dem Papier vorhersagen kann, ohne das Experiment tatsächlich durchzuführen.
Ah. Ich verstehe. Ich habe die Antwort entsprechend bearbeitet.

Ich nehme an, die Graukarte liegt bei 18 %. Im Vergleich zu einem maximalen Reflexionsgrad von 100 % sind die linearen Stopps dann jeweils halbiert oder in Schritten von 100 %, 50 %, 25 %, 12,5 %, 6,25 % usw. 18 % wären also etwa 2,5 Stopps niedriger.

In Ihrem Histogramm wird es jedoch NICHT so aussehen, da alle RGB-Daten in Kamerahistogrammen Gamma-codiert sind, was eine andere Geschichte ist. In einem Gamma-Histogramm ist eine Blende näher an der 3/4-Skala als an der 1/2-Skala (73 %, aber es variiert ein wenig mit Kamerakorrekturen wie Weißabgleich und Kontrast usw.).

Auf einer normalisierten Skala von 0 bis 1 wären 18 % mit Gamma (0,18 ^ 1/2,2) = 0,46. Und 46 % x 255 = 117, etwas weniger als 1/2 Skala. Dort nicht linear, aber immer noch etwa 2,5 Stufen nach unten.

Menschen neigen dazu, nicht zu erkennen, dass Histogramme Gamma-kodiert sind, anstatt einer idealisierten linearen Skala. Aber wir sehen nie eine lineare Skala, alle unsere RGB-Daten sind Gamma-kodiert und das Histogramm zeigt es.

Eine Blende entspricht dem Faktor 2 Licht (-1 Blende => halbes Licht, +1 Blende => doppeltes Licht). Ein Byte (8 Bit) hat also einen Dynamikbereich von 8 Stopps. Es ist weniger als eine gute Kamera, die bis zu 13 oder 14 Stufen Dynamikbereich haben kann.

Wie gehen wir also mit diesem Problem um? Es ist unmöglich, 13 Bit einer Rohdatei in die 8 Bit einer JPEG-Datei zu packen, ohne dass dabei Informationen verloren gehen. Die Gamma-Komprimierung wird verwendet, um die relevantesten Informationen relativ zur Funktionsweise des menschlichen Auges beizubehalten.

en.wikipedia.org/wiki/Gamma_correction

Die Antwort von WayneF bietet ein gutes Berechnungsbeispiel für das mittlere Grau.

Außerdem müssen Sie verstehen, dass ein Kamerasensor linear auf Licht reagiert, das Auge jedoch nicht linear, und das ist ein weiterer Grund, warum Gammakomprimierung verwendet wird.

Die rohe Binärzahl ist eine abstrakte Größe, sie hat keine Beziehung zu fotografischen "Stopps", eine 8-Bit-Zahl kann je nach Interpretation 1 Stopp, 8 Stopps oder 80 Stopps vermitteln.
Sie haben Recht, es hängt von vielen Dingen ab, und vor allem vom Gamma-Wert. 8-Bit kann jedoch nicht mehr als 8 "Größenordnungen" von irgendetwas speichern, ohne dass Informationen verloren gehen. Wie sollen wir diesen Begriff von „Größenordnungen“ nennen?
Zu sagen, dass eine 8-Bit-Zahl 8 Stopps speichert, ohne Informationen zu verlieren, ist auch sinnlos, weil wir gerne wissen würden, bei welcher Auflösung (siehe: Farbstreifen) die angegebene Anzahl von Stopps gespeichert wird (es gibt keine "natürliche" Auflösung, und Sie kann es jederzeit erhöhen oder verringern). Und tatsächlich hat die "natürliche" Interpretation unserer rohen 8-Bit-Zahl unendlich viele Stopps, nicht 8 Stopps, weil wir 0-255 haben und jede Zahl über Null unendlich heller ist als Null Helligkeit ... natürlich die Farbe Auflösung ist sehr unterschiedlich ;-)
Bei Gamma geht es NICHT um das menschliche Auge, und Gamma erhöht NICHT den Dynamikbereich. Die Gammadaten werden IMMER dekodiert, bevor ein menschliches Auge sie sieht. Gamma wird/wurde durchgeführt, um CRT-Monitore zu korrigieren, die es automatisch decodieren, es bleibt keine Gammacodierung übrig. LCD-Monitore sind Liner und benötigen kein Gamma, aber alle RGB-Daten sind bereits codiert, sodass LCD-Monitore sie einfach decodieren, bevor sie angezeigt werden.
Und Gamma ist eine Exponentialfunktion, normalisiert auf 0..1, und 0 zu jedem Exponenten ist 0 und 1 zu jedem Exponenten ist 1, sodass sich die Endpunkte NICHT ändern können, sodass der Dynamikbereich NICHT zunehmen kann. Außerdem wird es wieder in 8 Bit dekodiert, bevor wir es trotzdem sehen.
Erste Zeile von Wikipedia – Gamma_Correction – Erklärung: „Die Gamma-Codierung von Bildern wird verwendet, um die Verwendung von Bits bei der Codierung eines Bildes oder der Bandbreite, die zum Transport eines Bildes verwendet wird, zu optimieren, indem die nichtlineare Art und Weise ausgenutzt wird, in der Menschen Licht wahrnehmen und Farbe." Es ist auch richtig, dass es zur Korrektur von CRT-Monitoren benötigt wird, aber es ist auch definitiv mit dem menschlichen Auge verbunden.
Entschuldigung, Wikipedia liegt in diesem Punkt offensichtlich falsch. Einige sagen das, aber es ist immer falsch. Das menschliche Auge sieht absolut NIEMALS irgendwelche Gammadaten. Die CRT-Verluste decodieren es, wobei der einzige Zweck darin besteht, dass das Auge die ursprünglichen Bildebenen vor den CRT-Verlusten sieht. LCD-Monitore sind linear und benötigen kein Gamma, aber aus Gründen der Bildkompatibilität decodiert und verwirft der LCD-Chip nur das Gamma. Sie müssen dies tun, da alle RGB-Bilder immer für CRT gammacodiert waren und es eliminiert werden MUSS, bevor das Auge es sieht. Wenn das Auge Gammadaten sehen würde, wären die niedrigen Werte intensiv zu hell.
OK. Haben Sie Quellen zur Lichtempfindlichkeit des menschlichen Auges? Die meisten Links sprechen von Farbempfindlichkeit, aber nicht von Intensität. Der einzige Link, den ich gefunden habe, ist dieser: teleskop-optik.net/eye_intensity_response.htm und er hat diese Gleichungen: S=2.3klog10I+C und S=kI^a mit S für Sensation und I Intensität des Lichts. Beide Gleichungen sind Annäherungen an die ziemlich komplexe Reaktion des Auges. Was denkst du?
Und auch: cambridgeincolour.com/tutorials/gamma-correction.htm Es ist eine sehr gute Erklärung, besser als die von Wikipedia.
Und es ist auch falsch. Zu viele, die es sowieso nicht erklären können. Das Auge hat eine ähnliche umgekehrte Reaktion wie Gamma, aber das ist rein zufällig. Das Auge kann Gammadaten NIE sehen. Das Gehirn verarbeitet das Auge und die CRT verarbeitet die Gammadaten. Gamma ist NICHT beteiligt, wenn das Auge die ursprüngliche Szene sieht, und Gamma korrigiert nur die CRT-Verluste, um sie auf die gleiche ursprüngliche Weise wiederzugeben (kein Gamma). Das Auge erwartet lineare Daten, und das Auge sieht NIEMALS Gammadaten. Gamma wird für die CRT gemacht, NICHT für das Auge. Denken Sie mehr darüber nach, es ist offensichtlich.
Ich denke, da sind wir uns beide einig. Es ist offensichtlich, dass das Auge keine Gammadaten sieht und immer lineare Informationen erwartet. ABER wenn Sie nur 8 Bit haben, ist es besser, die Daten mit Gamma zu codieren. Gamma-codierte Bilder speichern Töne effizienter. Da die Gamma-Codierung die Tonwerte näher an die Wahrnehmung unserer Augen neu verteilt, werden weniger Bits benötigt, um einen bestimmten Tonwertbereich zu beschreiben. Andernfalls würde ein Überschuss an Bits verwendet werden, um die helleren Töne zu beschreiben (wo die Kamera empfindlicher ist), und ein Mangel an Bits würde übrig bleiben, um die dunkleren Töne zu beschreiben (wo die Kamera weniger empfindlich ist).
@Fumidu: Gamma ist für 8 Bit nicht wichtig, da Monitore es hoffentlich auf dieselben ursprünglichen linearen Werte decodieren, bevor unser Auge es sieht. Billigere LCD-Monitore decodieren es in 6 Bit von ursprünglichen linearen Werten und zeigen es dann an. Die CRT-Decodierung ist analog, aber immer noch unwichtig (außer der Korrektur von CRT-Verlusten), da der einzige Plan darin besteht, dass das Auge hoffentlich decodierte lineare Originaldaten sieht. Wenn die Monitorausgabe nicht mit der ursprünglichen linearen Szene übereinstimmt, handelt es sich um einen Wiedergabefehler.
Lästige Begrenzungen für kurze Texte. :) Gamma kann den Dynamikbereich auch nicht erhöhen, da beide Enden (normalisiert 0..1) für jeden Exponenten gleich 0 und 1 sind (Gamma kann kein Clipping verursachen). Gamma wird nur gemacht, um CRT-Verluste zu korrigieren, schlicht und einfach, auch im Jahr 1940. Aber heute noch als No-Op gepflegt, nur für die Datenkompatibilität jetzt.
Bitte lesen Sie diese Seite noch einmal: cambridgeincolour.com/tutorials/gamma-correction.htm , insbesondere den Teil mit den Bildern der Streifen auf linearem Farbverlauf. Tatsächlich erhöht Gamma den Dynamikbereich nicht. Aber es erlaubt, die linearen Informationen des Sensors auf eine Weise zu speichern, die besser zum Auge passt: Gamma = weniger Banding in dunklen Bereichen. Zuerst haben Sie Recht, Gamma war notwendig, um die CRT zu korrigieren. Aufgrund eines seltsamen technischen Glücks beträgt das native Gamma einer CRT 2,5 – fast das Gegenteil unserer Augen.
Wie viele Stopps gibt es zwischen dem mittleren grauen und dem weißen Punkt?
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