Динамический диапазон и способы обхода узости ДД сенсора при использовании камер с несменной оптикой.

от: Александр Бейч
ИСО меняется ступами, ИСО 650 вместо 800 я поставить не могу, если света достаточно и можно 400 - то это лучше, чем 800. :?

Обычные люди в таких случая ставят ИСО400 и отрицательную экспокоррекцию -0.7. С шумами будет то же, что и у вас, но не будет пересвета, и не будет выхода за рабочий участок характеристики аппарата.

от:Александр Бейч
С чего вы взяли, что ч/б снимки обладают наиболее широким ДД? Если вы переведёте цветной снимок в ч/б и светло-голубое небо стало белым, тени с деталями - чёрными, по вашему ДД расширился?
А вот ДД настоящей ч/б плёнки действительно шире, чем цветной, но это имеет иную основу, т.к. эти снимки охватываю иной спектр и зачастую выбитое в цвете небо будит на ч/б снимках серым, глубокие тени в цвете - не совсем чёрными.

Подробнее

Я не писал про снимки. Если взять идеально белый лист и нарисовать на нем идеально черный квадрат, ДД его будет максимально возможным, по определению ДД.

Всего существует 256 градаций яркости. Причем 0 - черный цвет, 255- белый. ДД = 255-0= 255 :D

Ибо ДД это разница между самым светлым и самым темным. Цветность, насыщенность, флуктуации и их комбинации никакого отношения к ДД не имеют. Некуда их в формулу подставить....

Любые промежуточные оттенки и цвета имеют значения либо меньше 255 либо больше 0.

ДД цветной пленки соседи определили в 4-5 стопов. Зайдите в ветку к плёночникам, почитайте....

Можно попробовать порассуждать о ДД разных цветов, типа "наличие самого большого ДД синего на снимке" т.е. отношение самого светлосинего к самому темносинему....

от: Patternman
Всего существует 256 градаций яркости

Где существует? На листе бумаги? Чем освещается этот лист?

Перепад яркостей в солнечный день может составлять 1:10000 и более (точную цифру запамятовал, а искать сейчас "25 уроков фотографии" мне лень).

Для 12-разрядного сенсора имеем 256*2*2*2*2 = 4096 градаций для каждой цветовой составляющей, для 14-разрядного - 16384 градации.

При чём здесь 256?

Вот вам фрагмент снимка, сделанный трёхмегапиксельной камерой S200EXR в ясный солнечный день. Провалы в тенях содержат очень мало информации, ДД сенсора камеры не смог захватить ДД (т.е. диапазон яркостей) сцены (любая дешёвая зеркалка с такой задачей справилась бы).

от:Patternman
Я не писал про снимки. Если взять идеально белый лист и нарисовать на нем идеально черный квадрат, ДД его будет максимально возможным, по определению ДД.

Всего существует 256 градаций яркости. Причем 0 - черный цвет, 255- белый. ДД = 255-0= 255 :D

Подробнее

Ну сколько раз можно спотыкаться на одном и том же, уже 100 раз разжевывали. ДД жипега - 8 бит, но за счет уменьшения контрастности по краям диапазона, в него по стандарту упаковывается более 11 стопов ДД РАВ. При испольщовании режимов расширения ДД можно упаковать и больше, но картинка стане хуже, за счет сильного уменьшения контрастности и вылезания шумов. А главное, при нелинейной проекции интенсивности на цифровую сетку жипега нарушается естественное соотношение освешенностей объектов, и глаз с мозгом реагируют на это потерей ошушения реальности.

от:SubV
Где существует? На листе бумаги? Чем освещается этот лист?

Перепад яркостей в солнечный день может составлять 1:10000 и более (точную цифру запамятовал, а искать сейчас "25 уроков фотографии" мне лень).

Для 12-разрядного сенсора имеем 256*2*2*2*2 = 4096 градаций для каждой цветовой составляющей, для 14-разрядного - 16384 градации.

При чём здесь 256?

Вот вам фрагмент снимка, сделанный трёхмегапиксельной камерой S200EXR в ясный солнечный день. Провалы в тенях содержат очень мало информации, ДД сенсора камеры не смог захватить ДД (т.е. диапазон яркостей) сцены (любая дешёвая зеркалка с такой задачей справилась бы).

Подробнее

С каких пор S200EXR стал 3 мп.?

от:SubV

Вот вам фрагмент снимка, сделанный трёхмегапиксельной камерой S200EXR в ясный солнечный день. Провалы в тенях содержат очень мало информации, ДД сенсора камеры не смог захватить ДД (т.е. диапазон яркостей) сцены (любая дешёвая зеркалка с такой задачей справилась бы).

Подробнее

Да, на редкость неудачный снимок. Как Вам удалось так обрезать ДД на s200EXR? Вероятно экспокоррекцию влево до упора выкрутили или на автомат понадеялись...
Зеркалка бы несомненно с тенями справилась, но что бы она сделала с пересветом?

Посмотрите сравнении ДД 450Д и Д90 (Там как раз из РАВ файла на ИСО200 тянулись тени, с шумодавом по 0)
Там правда снимки сильно не додержаны изначально, но яркость освещения тоже далека до яркости неба.
На ЦЗ тоже далеко не широкий ДД. График сигнал/шум не линеен и ближе к теням начинает сильно круто заваливаться.
При соотношении площадей матриц ЦЗ и компакта (и при отсталости технологий даже с моего старого компакта), такого же соотношения в превосходстве ЦЗ по ДД не выходит.
http://club.foto.ru/forum/view_post.php?p_id=5776729

Шум и сигнал



За счёт обрезания младших битов график становится таким



Т.е. в тенях шум выше и выше. Даже если туда можно расширять ДД, то уровня сигнала 1 db, то фотографически это не приемлемо.

Графики отсюда (с ДХО):
http://www.dxomark.com/index.php/eng/Our-publications/DxOMark-Insights/Noise-characterization
Самое интересное, графики до 5db, а в поправке про замер ДД до 1 db.
И шумодав в тенях при сохранении приемлемого качества может ДД расширить (чт оотсекалось по качеству шума, может стать полезным. Как правило в тенях детализация не так важна).

В выходные "тренировался с ДД" пример "тяжелого снимка" яркое солнце в лицо, тени... S200 отработал на автомате. При обработке fine pix показал, что часть изображения обработана в режиме ДД до +800% (часть лица, руки, "гитара" - колки ). При переводе расширения ДД в ручной режим, и уменьшении значения до 100%, эти области выглядят неестественно светлыми.

Получилось вполне без пересветов. Причем внешние фильтры и подсветка вспышкой не понадобились... ДД сжался и вроде как и небыло большой контрастности...




Единственная тёмная область (которая не может быть вытянута даже из RAW - маленький участок на воротнике под платком). Остальное можно "тянуть" в диапазоне -1 +3 стопа. Не без последствий конечно...

Это вытянутый из jpg.
JPG сильно теряет в качестве в тенях. Имея РАВ файл можно говорить о то, каков будет ДД. А jpg просто парметры RAW конвертера.
Вот ХА довольно сильно заметны.



ЗЫ: Это я не в плане качества, в плане того что информация и в тенях в РАВ наверняка есть, а тянуть до какого уровня шума уже вопрос другой.
Т.е. с практической точки зрения ДД ограничен приемлемым качеством шумов в тенях.

от:Голубков Александр
Это вытянутый из jpg.
JPG сильно теряет в качестве в тенях. Имея РАВ файл можно говорить о то, каков будет ДД. А jpg просто парметры RAW конвертера.
Вот ХА довольно сильно заметны.

Подробнее

Да, съемка с компрессией ДД имеет свои особенности. Из полученного опыта могу сказать, что при съемке нужно выбирать максимально возможное значение яркости при съемке, лимитированное пересветом. Тогда и в тенях всё будет по максимуму. На автомате в s200EXR запас в 2 стопа. На "зайчиков", вероятно расчитан. А в данном снимке до пересвета ой как далеко...




Это тоже на автомате, ручками можно было выставить дополнительно два стопа или экспокоррекцией оперативно добавить до +1.
Проблемная зона могла "нарисоваться" слева, вдалеке люди в белом первыми попадут в пересвет (для них автомат и имеет запас). Подобные второстепенные объекты нужно исключать при съемке либо удалять впоследствии...

от:Голубков Александр
Это вытянутый из jpg.
JPG сильно теряет в качестве в тенях. Имея РАВ файл можно говорить о то, каков будет ДД. А jpg просто парметры RAW конвертера.

ЗЫ: Это я не в плане качества, в плане того что информация и в тенях в РАВ наверняка есть, а тянуть до какого уровня шума уже вопрос другой.
Т.е. с практической точки зрения ДД ограничен приемлемым качеством шумов в тенях.

Подробнее

Давайте посчитаем, на примере той же S200EXR.

RAW-файл с этой камеры всегда имеет примерно один и тот же размер (~25 Мб), потому что это некомпрессированные данные с сенсора - грубо говоря, bitmap. Структура его такова: exif-заголовок + превью в формате jpeg (2048x1536) + первый кадр (2808x2108) + второй кадр (2808x2108).

Превью занимает примерно 500 Кб в зависимости от сложности сцены, остальное - собственно, сырые данные с матрицы.

Итого имеем примерно 12 Мб несжатых rgb-данных на один кадр 6 мегапикселей. Теперь посчитаем размер файла для обычного 8-битного изображения размером 6 Мп.

2808 пикселей по горизонтали * 2108 пикселей по вертикали * 3 цветовых компоненты (r,g,b). Получаем 17757792 байт на кадр.

12100000/(2808*2108*3)*8 (бит) = 5,45

Другими словами, в raw-файлах S200EXR нет места даже для 8-битной картинки размером 6 мегапикселей, т.к на каждую цветовую компоненту приходится всего по 5-6 бит. Второй кадр, призванный (в теории) компенсировать низкий ДД, на практике обычно содержит ту же самую информацию, что и первый. Отсюда провалы в тенях и светах и низкий динамический диапазон этой камеры.

Информацию о внутренней структуре raw-файлов для s200exr я почерпнул на форуме dpreview, разбивал на кадры программой dcraw с параметрами -w -H 1 -o 1 -b 6 -g 1 1 -q 3 -T -s all -W -b 3 -j file.raf .

Практический вывод: снимать в raw этой камерой нет никакого смысла.

В отличии от битмэпа в RAW под каждым пикселем только один цвет (два других итерполируются)
А оригинал РАВ файла будет
dcraw с параметрами -D ...
Например dcraw -T -D -r 1 1 1 1 -k 0 -o 0 -4 ИмяФайла

Это как раз без интерполяции,правда он будет ч/б т.е. маску байера на него можно наложить самому.


*******************************************************
У Вас в расчётах ошибка в неточности структуры РАВ.
Я когда приобрёл себе олимпус sap510,там RAW вообще не сжимается.
Я даже для него простяцкий конвертер на дельфи в последствии написал.
Я тоже сначало не понял как РАВ файл 7 Мпкс умещается в 10 Мб (10721280 байт - причём каждый РАВ байт в байт - это сильно облегчило понимание его структуры.) А не понял, потому что как программер считал, Мпкс в камере полноцветные. А когда стал разбирать структуру (снял чисто зелёное поле, потом синее и т.д. увидел побитно как они в РАВ ложаться.

Оказалось довольно просто: 7Мпкс это 2 пикселя в 3-х байтах (12битный РАВ) И главное, что соседнии синий, два зелёных и красный не есть результат для получения 1 поноценного RGB пиксела. Яркостная составляющая замерена в различных точках пространства и пэтому по детализации из 12Мпкс для ч/б можно и получить как 12.А вот с цветом похуже (могу поискать ссылку на сравнения цветных мир с сигмы и другихкамер)


Это кусок выдёргивания RGGB на дельфи.Там было через строчное расположение пикселей и я ихгрузил в buf1 и buf2 (8 разрядное без знаковое). И получалось зелёный брал 8 бит из 0 байта и 4 из 1 байта.Потом синий из 4 старших бит 1 байта и 8 бит из 2 байта. Аналогично следующую строку красный и второй зелёный.

В итоге 3 байта - 2 пикселя
Итого при 3072х2304 реально с добавочными пикселами 3088х2320
Получаем 7164160 пикселей 7164160 /2*3 = 10746240 байт т.е. около 10Мб для 7,1 Мпкс с 12 битным РАВ файлом.

Кусок текста из программы

G2:=(buf1[ i ] shl 4) OR (buf1[ i+1 ] shr 4);
b:=((buf1[ i+1 ] shl 8 ) and $f00) or buf1[ i+2 ];
R:= (buf2[ i ] shl 4) OR (buf2[ i+1 ] shr 4);
G1:=((buf2[ i+1 ] shl 8 ) and $f00) or buf2[ i+2 ];




от: Голубков Александр

Оказалось довольно просто: 7Мпкс это 2 пикселя в 3-х байтах (12битный РАВ) И главное, что соседнии синий, два зелёных и красный не есть результат для получения 1 поноценного RGB пиксела.

Ээээ... а и не надо опираться на RGGB кластер 2х2. Каждый G пиксель совершщенно равноправен. Для него G[i,j]=a[i,j], R[i,j]=0.5*(a[i-i,j]+a[i+1,j]), B[i,j]=0.5*(a[i,j-1]+a[i,j+1]). А потом интерполяция по всем трем цветам в красных и синих пикселях.

:) Если бы я писал конвертор, я бы сделал примерно так.

Это не интерполяция, это я показал как выдернуть значение каждого пиксела.

Интеррполяция по 2-м пикселам довольно кривой будет, для восстановления поля лучше брать все окружающие пикселы. Я бы даже предположил, что проще восстановить в Lab. И возможно в несколько итераций. Но мне тогда интерполяция была не важна, я просто хотел мышкой указать места горячих пикселов и составить карту внесения корректировки сразу в РАВ.

Было несколько горячих, я их хотел просто пакетно убирать, иначе они всегда вылазили и приходилось кистью в фотошопе каждый раз их корректировать (фотошоп стоял старый, я их конвертил родной утилитой).

от:SubV
Вот вам фрагмент снимка, сделанный трёхмегапиксельной камерой S200EXR в ясный солнечный день. Провалы в тенях содержат очень мало информации, ДД сенсора камеры не смог захватить ДД (т.е. диапазон яркостей) сцены (любая дешёвая зеркалка с такой задачей справилась бы).

Подробнее

Если подходить к s200 и s100 с точки зрения ЦЗ то это так и выглядит. Тянуть из теней, снятых мелкой матрицей - дело неблагодарное.
А если следовать логике инженеров Fuji, картина представляется совсем иной. Из теней тянуть не нужно, там будет всё нормально, если режим съемки установлен верно.

Вот пример экспандированной (сырой, т.е. без преобразования "вниз" ярких участков изображения) картинки. Из RAW в jpeg. Как и ожидалось, в jpeg вывести это без потерь невозможно (на мониторе ещё различимо), ибо визуально обрезается, но выглядит это так:


Fine pix в ручном режиме, движок DR 100% (при общей шкале 800%, т.е. яркие участки следует опустить на 3 стопа).

После установки движка DR в режим 800%, эти же участки стали "темнее" на 3 стопа соответственно (произошло смещение вниз по шкале яркости):



А приведенном на нижнем снимке общая чувствительность (Sensitivity) дополнительно выставлена на (-1) стоп, ибо это выглядит более комфортно при просмотре с моего "кривого" монитора. Для наглядности "кривые" и пр. настройки не трогал.



Таким образом, ДД ярких участков между самым верхним (ну если бы Jpeg его не подрезал) и самым нижним снимком составляет 4 стопа.

На верхнем снимке разница в экспозиции между темными и светлыми участками составляет 3 стопа.

На среднем снимке - всё ровно, ДД "поджат" для вывода в jpeg, но общую яркость по моему субъективному мнению следовало бы опустить на 1 стоп, что и реализовано на нижнем снимке.

Выводы:
1. При эксплуатации оборудования нужно использовать его преимущества (а не недостатки) для получения требуемого результата;
2. Использование "левых" конверторов для s100 и s200 чревато непредсказуемыми результатами и ошибочными выводами.

Попробуйте снять ЦЗ на +4 (ну или хотя бы +3) стопа от нормы а потом "опустить"это всё на место. :D Некорректно было бы утверждать на этом основании, что ЦЗ отстой.
Единственный выход ЦЗ прии съемке объектов с большим ДД - искусственно снижать ДД объекта фильтрами или подсветкой, а затем тянуть в RAW из теней, используя ограниченные (шумами) преимущества больших пикселей и мирясь с потерей (ну или искажениями) цветности. По этому пути они собственно и движутся. Но при увеличении количества МП на матрице и соответственно уменьшения их размера ЦЗ эволюционируют в сторону компактов... :D

При вытягивании теней на ЦЗ качество падает тоже.
Если сам снимок на ИСО100 например т.е. предполагалось что он должен быть хорошего качества и вытянуть там тени - фактически испортить снимок. Зная об этом лучше сразу снять с брекетингом.
+2 стопа пересвета с 450D на улице получается вроде убрать (хотя местами может и клипинг начаться)

Но зато (это у всех ЦФ) если есть возможность (например снималось с брекетингом и из + Ev снимок полностью восстанавливается - коррекцией в конвертере) снять с "пересветом" в камерном jpg, но в RAW этот пересвет полностью убирается, то есть возможность на столько же стопов уменьшить шумы на снимке. Если в светах они и не так заметны, то в тенях это хорошо заметно даже на минимальных ИСО.
А уже более глубокие тени можно тянуть ещё больше. Т.е. это фактически использование полностью всего ДД сенсора. И в итоге снимок даже с фотика чуть "меньшего класса" может оказаться по качеству лучше, чем снятый кем то на автомате с "большим классом". Допустим сравнивая 1/2.5'' и 1/1,7''. Автоматическая экспозиция часто оставляет запас в светах у всех ЦФ. У всех разный, но он есть. Нужен он для корикторовки ББ и работы разных "улучшайзеров", но ББ днём у всех один и два зелёных пиксела в тетраде RGGB всё же небо голубое не пересвечивают, оно часто попадает в ДД матрицы и его выбивает множитель ББ.

Вот например пара один снимок с нормальной экспозицией, а второй с пересвеченной и вернут конвертером в нормальную. В левой стороне на небе немного начался клипинг (смотрел в фотошопе), но в общем по выдержке где около 2,47 стопов (2^2.47=5.54 и 250/45=5.55 больше).
Учитывая, что по ББ синий умножался на 1,5, а самоё яркое в синем "исполнеии", то реально около 1,5 стопа фотик оставил бы запас в любом случае, благо зелёного яркого в кадре нет.
Ну а так можно фильтр mgenta и все цветовые каналы днём выравняться.

ИСО100 1/250 f/6.7 Exposure Bias (EV) ===> 0 Exposure Mode auto exposure (0)


ИСО100 1/45 f/6.7 Exposure Mode manual exposure (1) (экспопару выбрал вручную)

Сейчас на обеде потестил (для информации про широту ДД в сторону теней а то всё децибелы котыре db и т.п. вещи слабо показывают почему такой ДД "технический")
Это внутрикамерный jpg 1/500 f/8,0 ИСО200



Это внутрикамерный jpg 1/4000 f/22,0 ИСО200


И типа что я вытянул из теней



Это внутрикамерный jpg 1/125 f/8,0 ИСО200


И результат в РАВ



Это внутрикамерный jpg 1/45 f/8,0 ИСО200


И результат в РАВ (уже почти клипинг по всему кадру (это как бы для сравнения зелёной крыши дома)



Технический ДД получился, информация на матрице есть но для фото не пригодная.
Недосвет вышел 3 стопа по выдержке и 3 стопа по диафрагме - итого на 6 стопов.

Пересвет примерно вернул в 2 стопа - картинка вроде нормальная (если ДД оценить по небу)

Если смотреть по зелёной крыше, то она есть на недосвеченом и более пересвеченом изображении, это еже 1,5 стопа

Итого всего 9,5 стопов на ЦЗ. А тесты ДХО дают оценку в 10,7 Ev
Даже не представляю для какого уровня качества они тянут тени - наверное пока виден чёрный квадрат на фоне белого листа.
Т.е. мой самый недосвеченный снимок по качеству шумов видимо даже выше 1db


Re: [All]
Фотографический ДД реально стопов 6 с натягом на моей ЦЗ (450D не хвалится высоким ДД и при его площади матрицы и 14 битном АЦП никак это нему не помагает. 450D 2008 года, увеличив потенциальную яму можно увеличить ДД. ИМХО думаю такой ДД имеют многие современные компакты (а то и выше, поэтому ДД с площадью матрицы связана не так, как шумы например). Кому не лень могут повторить такой тест на компакте, сняв в РАВ с шагом в полстопа от 1/10 до 1/2500 например на ИСО100 - при фиксированной диафрагме это разброс в 8 стопов и выбрать макси.

ЗЫ: Снимал RAW+Jpg на ИСО200 от 1/15с f8.0 до 1/4000 с шагом 1/2 стопа
И потом на 1/4000с f/8.0 f/11,0 f/16.0 f/22,0 - это уже для дикого недосвета в чисто технических целях.

от:Голубков Александр

Фотографический ДД реально стопов 6 с натягом на моей ЦЗ (450D не хвалится высоким ДД и при его площади матрицы и 14 битном АЦП никак это нему не помагает. 450D 2008 года, увеличив потенциальную яму можно увеличить ДД. ИМХО думаю такой ДД имеют многие современные компакты (а то и выше, поэтому ДД с площадью матрицы связана не так, как шумы например). Кому не лень могут повторить такой тест на компакте, сняв в РАВ с шагом в полстопа от 1/10 до 1/2500 например на ИСО100 - при фиксированной диафрагме это разброс в 8 стопов и выбрать макси.

ЗЫ: Снимал RAW+Jpg на ИСО200 от 1/15с f8.0 до 1/4000 с шагом 1/2 стопа
И потом на 1/4000с f/8.0 f/11,0 f/16.0 f/22,0 - это уже для дикого недосвета в чисто технических целях.

Подробнее

Я уже выше приводил данные по Sony R1, снимал, правда, немного по-другому, но суть та же. 11 стопов - чёткий предел, за которым ловить нечего даже в техническом смысле. 9 стопов - вполне приемлемо, цвет ещё не портится радикально. 8 стопов - не к чему придраться.
А вель камера постарше 400Д будет, на пару лет.
Впрочем, что меня удивило сразу после приобретения - шумы есть везде, даже на ярком голубом небе! Правда, они легко убираются без потери деталей, видимо, тётя Соня не стала заморачиваться с внутрикамерным вылизыванием RAW для лохов, чему я на самом деле очень рад.

от:Голубков Александр
Сейчас на обеде потестил (для информации про широту ДД в сторону теней а то всё децибелы котыре db и т.п. вещи слабо показывают почему такой ДД "технический")
Это внутрикамерный jpg 1/500 f/8,0 ИСО200

Подробнее

Вы говорите, что 450D не может похвастаться широтой ДД? Тем не менее, многим компактам (например, S200, множество снимков с которой я правил за последнее время) подобное качество внутрикамерного jpeg и не снилось.

тоже сначало не понял как РАВ файл 7 Мпкс умещается в 10 Мб (10721280 байт - причём каждый РАВ байт в байт - это сильно облегчило понимание его структуры.) А не понял, потому что как программер считал, Мпкс в камере полноцветные. А когда стал разбирать структуру (снял чисто зелёное поле, потом синее и т.д. увидел побитно как они в РАВ ложаться.

Подробнее

А я и есть программер :) . Спасибо вам за разъяснение, век живи - век учись, как говорится...

Тем не менее, я "нутром чую", что далеко не всё ладно в superccd raw с цветностью - по моему субъективному ощущению, цвет там даже в raw 8-битный. Попробуйте открыть raw c этой камеры в ACR, и вы поймёте, о чём я говорю. Предварительно преобразовав его в 16-битный tiff, само собой.

от: Александр Бейч
С каких пор S200EXR стал 3 мп.?

"Родной" FinePix Viewer при конвертации выставляет именно такое разрешение. Попробуйте сделать апскейл снимка с данной камеры до 6 Мп и сравните с внутрикамерным джипегом - разницы в деталях вы не увидите.

Почему меня заинтересовала именно эта камера - во всех обзорах пишут про огромный ДД, а на практике я увидел картинку, гораздо хуже передающую тени и света, чем ультракомпакты от Canon (тот же S90-й). Косвенно на то, что в обзорах написана не вся правда, указывает тот факт, что S200 сняли с производства в мае этого года...