Hoe cijfers kunnen misleiden: dynamisch bereik nader bekeken, deel 2: beoordeling van digitale fotografie


Raw-bestandsconversie met belichting ingesteld op +5,0 in Adobe Camera Raw

Onbewerkte raw-bestandsconversie

Fotonopnameruis (de willekeurige aard van licht) betekent dat vastgelegde beelden altijd ruis zullen hebben, maar een kleine hoeveelheid ruis heeft veel meer invloed op het zwakke signaal waaruit de schaduwgebieden van uw afbeelding bestaan ​​dan op de sterke signalen die de hoogtepunten vormen.

In deel één hebben we gekeken naar wat dynamisch bereik is, waar de verschillen zitten en waarom het niet echt een maatstaf is voor de beeldkwaliteit als geheel. In dit tweede deel kijken we naar de factoren die bijdragen aan het dynamisch bereik en waarom we de neiging hebben om niet alleen DR-nummers te vermelden in onze beoordelingen.

Zoals we in deel één hebben besproken, is de lagere afsnijding in dynamisch bereik het punt waarop ruis het beeld in de schaduw overweldigt. Dus om het dynamische bereik te begrijpen, moet u ruis begrijpen.

Wat zijn de geluidsbronnen?

Ruis is de naam die wordt gegeven aan de mate waarin een signaal afwijkt van de verwachte waarde. Er zijn veel dingen die bijdragen aan ruis in een afbeelding, maar voor de eenvoud zullen we ze in twee hoofdcategorieën groeperen: lees ruisde gecombineerde impact van alle elektronische ruisbronnen in de camera, en fotonschot geluidde variatie die voortkomt uit het feit dat licht met willekeurige tussenpozen op een oppervlak aankomt, als reeks gekwantiseerde pakketten.

Deze tweede geluidsbron is moeilijker om over na te denken, omdat onze ogen en hersenen zijn geëvolueerd om dit te compenseren, dus het is niet erg intuïtief. Maar fotonenruis is de dominante bron van ruis in de meeste tonen van de meeste foto’s die u ooit zult maken. Je kunt onze inleiding erop lezen, maar de kern is dat hoe meer signaal je hebt, hoe minder significant het schotgeluid verschijnt.

Waarom is de signaal-ruisverhouding zo belangrijk?

Contra-intuïtief zal er, numeriek gezien, een grotere mate van variatie zijn in je hooglichten dan in je schaduwen, maar het zijn de schaduwen waarvan we denken dat ze het ruisige deel van het beeld zijn.

Dit komt omdat de mate van ruis niet het ding is dat u als lawaai waarneemt, het is de relatie tussen het signaal en de ruis die er toe doet. Een kleine hoeveelheid ruis heeft veel meer invloed op het kleine, zwakke signaal dat de schaduwgebieden van uw beeld vormt dan op de sterke signalen die de lichte delen vormen.

Een paar voorbeelden

Laten we eens kijken naar de impact van beide bronnen van ruis, elektronische leesruis en fotonschotruis. Deze eerste grafiek toont het theoretische signaal van een camera die tot 40.000 foto-elektronen kan vasthouden (blauwe lijn, schaal links). De schaal aan de rechterkant geeft de hoeveelheden fotonschotruis (oranje lijn) en leesruis (groene lijn) weer die we doorgaans kunnen verwachten, van de donkerste opneembare toon (onderste schaal, 0% helderheid) tot clipping (100% helderheid).

Een belangrijk ding om te erkennen is dat zelfs een denkbeeldige camera die helemaal geen elektronische ruis aan zijn beelden toevoegde, toch rumoerige schaduwen zou hebben. Photon shot noise (de willekeurige aard van licht) betekent dat vastgelegde beelden altijd ruis zullen hebben. Maar om duidelijk te maken waarom deze ruis over het algemeen in de schaduwgebieden te zien is, gaan we de oranje lijn in de blauwe opsplitsen en de resulterende signaal-ruisverhouding bekijken.

De onderstaande grafieken tonen de signaal-ruisverhouding voor verschillende helderheidsniveaus in het beeld. Ze lieten zien hoe de signaal-ruisverhouding toeneemt naarmate de lichtheid (het signaal) toeneemt. (De assen zijn uitgezet op logaritmische schalen, zodat elke deling een verdubbeling of halvering van lichtheid of SNR vertegenwoordigt. In deze grafiek stopt de schaal langs de onderkant onder het uitknippunt, in plaats van percentages. U kunt met de muis over de ‘Normale’ schaal gaan om dezelfde gegevens uitgezet te zien met een schaal die overeenkomt met de bovenstaande grafiek.)

Het belangrijke punt is dat zelfs als er helemaal geen elektronische leesruis is, de signaal-ruisverhouding afneemt (de ruis neemt toe) als je kijkt naar de donkere tonen in het beeld, aan de linkerkant van de grafiek. Zelfs met een perfecte sensor die geen ruis toevoegt, zou je dynamische bereik uiteindelijk worden beperkt door fotonschotruis.

Elektronische ruis

Sensoren in moderne camera’s zijn echter niet perfect: er wordt een kleine hoeveelheid elektronische ruis toegevoegd terwijl het licht wordt opgevangen en verdere ruis kan worden toegevoegd verderop in het uitleesproces, totdat het signaal door de camera’s wordt gecodeerd in een digitaal nummer. analoog-digitaalomzetter.

Er zijn een aantal bronnen van deze elektronische / ‘lees’-ruis, waaronder thermische ruis naarmate de sensor warmer wordt. Maar op moderne sensoren, totdat je bij lange belichtingen komt, hebben ze de neiging om zeer goed onder controle te worden gehouden.

Als we het effect van leesruis toevoegen aan onze diagrammen, kunt u het effect zien dat ze hebben op de algehele SNR-responscurve. Ook al ziet de groene lijn op de originele grafiek er triviaal uit, je kunt zien dat de vorm van de curve aanzienlijk is veranderd.

Zoals je kunt zien, zorgt leesruis ervoor dat de onderkant van de SNR-curve wegvalt van de rechte lijn die we zagen toen we alleen maar naar fotonschotruis keken. Nogmaals, hoewel de totale hoeveelheid leesruis relatief klein is, heeft het nog steeds een aanzienlijke impact in gebieden waar het signaal zwak is, dwz de schaduwen. En kleine verschillen in leesruis kunnen een groot effect hebben op hoe bruikbaar die diepe schaduwen zijn.

In dit geval zijn we uitgegaan van 5 elektronen leesruis (wat naar moderne maatstaven hoog zou zijn). Dit heeft bijna geen effect in de hooglichten (er is een vermindering van 0,04EV in SNR bij clipping), maar het is voldoende om het gemeten technische dynamische bereik te verminderen van ongeveer 15,3EV naar 12,3EV.

Zelfde DR-figuur, andere beeldkwaliteit

Dit zou niet zo’n grote verrassing moeten zijn, maar denk eens na over wat het betekent voor DR-metingen: een camera met weinig leesruis zal een groter dynamisch bereik meten dan een camera met veel leesruis. En in het uiterste geval kan dit een camera betekenen met een uitstekende beeldkwaliteit elders in het beeld, maar een hoog niveau van leesruis levert hetzelfde DR-nummer op als een camera van mindere kwaliteit die beter gecontroleerde leesruis heeft voor schonere schaduwen.

Hier hebben we een tweede camera toegevoegd met een lagere capaciteit voor elektronen (bijvoorbeeld een kleinere sensor) maar ook met minder leesruis. U zult zien dat ze op hetzelfde punt de SNR = 1-ruisdrempel overschrijden, dus beide meten als een opname van ongeveer 12,3EV aan dynamisch bereik.

En toch produceert camera 1 voor het grootste deel van het bereik een schoner beeld met een betere SNR, met een beeldkwaliteit die bijna een stop beter is rond stop 4, die door veel camera’s doorgaans als ongeveer middengrijs zou worden gebruikt.

Dit is iets dat we af en toe zien wanneer oudere Canon-sensoren worden vergeleken met nieuwere chips met minder leesruis, waarbij mensen de fout maken te denken dat overeenkomende DR-nummers betekenen dat de twee camera’s een vergelijkbare beeldkwaliteit zullen hebben. Dit is niet waar.

En daarom citeren we over het algemeen geen getallen voor dynamisch bereik op DPReview.com: want hoewel ze een volkomen geldige manier zijn om een ​​enkele eigenschap van een sensor te beschrijven, zien we ze vaak besproken alsof ze meer betekenen dan dit. In plaats daarvan proberen onze dynamische bereiktests de diepe schaduwrespons van verschillende camera’s visueel aan te tonen, waar de verschillen in dynamisch bereik bestaan, terwijl we ook laten zien hoe de tonen direct boven de diepe schaduwen eruit zien.

Dit wil niet zeggen dat onze DR-testen perfect zijn, maar we hopen dat ze een duidelijker beeld geven van wat de visuele verschillen tussen camera’s zijn, in plaats van slechts één cijfer te presenteren.

Dus is het de moeite waard om überhaupt om dynamisch bereik te geven? We zullen proberen die vraag te beantwoorden in deel drie, met gevolgen voor de toekomst van digitale beeldvorming.



Credit : Source Post

We kijken uit naar je ideeën

Laat een reactie achter

Webshoptoday.nl
Logo
Shopping cart