Technischen Grenzen der Darstellung von Farben vs. Dynamik in RAW / auf Monitor

Hallo,

ich möchte hier mal Eure Meinung erfragen, da ich gerade in einem anderen Thread sehr deutlich als ahnungslos deklariert wurde.

Es geht um die Frage, ob bezüglich der Begrenzung auf n bit bei einer RAW Datei oder einem Monitor zur Darstellung eines Bildes a) Farbtöne und/oder b) die Dynamik begrenzt wird.
In der Folge um die Frage, ob es irgendeinen Zusammenhang zwischen der Limitierung der Dynamik und der Limitierung der "Farbtiefe" gibt.

Es geht nicht um die Frage, ob abstrakt Dynamikbereich gleich Farbtiefe ist.

Ich sehe da einen engen Zusammenhang in der Praxis durch die technischen Limits bei n bit. Jedenfalls sehe ich nicht, dass das eine nichts mit den anderen zu tun hat.



Es wäre dazu hilfreich, wenn Ihr hier: https://www.dslr-forum.de/showthread.php?t=1074788&page=6 die Beiträge #56 bis #68 lesen würdet, wo ich meinen Blickwinkel versucht habe auszudrücken.

Ausgangspunkt war Post #49 wo gefragt wurde, warum ein RAW erstmal meist recht mau "aussieht".

Beholder3 schrieb:

Ausgangspunkt war Post #49 wo gefragt wurde, warum ein RAW erstmal meist recht mau "aussieht".

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Ein Raw sieht überhaupt nicht aus, denn das ist kein Bild. Das wird daraus erst entwickelt. Und wie flau das dann aussieht, hängt von der Entwicklung ab.

Dann habt Ihr da wieder die absurde Diskussion um Dynamik. Es gibt keine Dynamik ohne eine sinnvolle und nutzbare Abstufung dazwischen. 1bit hat keine Dynamik, selbst wenn Du "fast schwarz" zu 0 und "fast weiß" zu 1 definierst. Dazwischen hast Du einen Kontrast, aber keine Dynamik.

Und dann scheint Ihr da die Codierung in Raw-Daten (meines Wissens alle linear) und JPG-Dateien (nichtlinear) durcheinanderzuwürfeln. In 8bit JPG kannst Du mehr nutzbare Dynamik unterbringen als in 12 oder 14bit linear codiert.


Gruß, Matthias

Alles wahr, ist aber nicht so genau die Frage gewesen.

Beholder3 schrieb:

Es geht um die Frage, ob bezüglich der Begrenzung auf n bit bei einer RAW Datei oder einem Monitor zur Darstellung eines Bildes a) Farbtöne und/oder b) die Dynamik begrenzt wird.

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Du meinst mit Dynamikumfang vermutlich das Verhältnis von größter darstellbarer Intensität zur kleinsten von Schwarz unterscheidbaren Intensität?

Da RAW-Dateien linear sind, ergibt sich hier der Dynamikumfang direkt aus der Bittiefe, also 4095:1 bei 12 bit oder 16383:1 bei 14 bit. In der Praxis wird dieser Wert nicht erreicht, weil der kleinste von 0 unterscheidbare Wert in erster Linie durch das Rauschen bestimmt wird.

Zum Vergleich: ein JPEG im Adobe RGB-Farbraum hat einen Dymamikbereich von 255^2,2:1, also etwa 200000:1, das liegt an dem Gamma-Wert von 2,2, wodurch die 256 Helligkeitsstufen anders aufgeteilt werden (mehr Stufen im dunklen Bereich, wo das Auge feine Unterschiede sehen kann, weniger Stufen im Hellen).

Daran siehst du schon, dass Dynamik und Bittiefe nichts mitenander zu tun haben.

Auch beim Monitor gibt es keine lineare Zuordnung von Farbwert in der Bilddatei und Monitorhelligkeit – Röhrenmonitore und die meisten LCD-Monitore haben ebenfalls ein Gamma von etwa 2,2, was aber wiederum nicht heißt, dass sie dadurch einen Dynamikumfang von 200000:1 haben.

Beholder3 schrieb:

In der Folge um die Frage, ob es irgendeinen Zusammenhang zwischen der Limitierung der Dynamik und der Limitierung der "Farbtiefe" gibt.

Ich sehe da einen engen Zusammenhang in der Praxis durch die technischen Limits bei n bit. Jedenfalls sehe ich nicht, dass das eine nichts mit den anderen zu tun hat.

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Nein, es gibt keinen Zusammenhang, siehe das JPEG-Beispiel oben. Der Zusammenhang zwischen den Werten in der Bilddatei und den Lichtintensitäten ist rein willkürlich (und wie der Zusammenhang ist, steht im ICC-Profil der Bilddatei).

L.G.

Burkhard.

burkhard2 schrieb:

Da RAW-Dateien linear sind, ergibt sich hier der Dynamikumfang direkt aus der Bittiefe, also 4095:1 bei 12 bit oder 16383:1 bei 14 bit. In der Praxis wird dieser Wert nicht erreicht, weil der kleinste von 0 unterscheidbare Wert in erster Linie durch das Rauschen bestimmt wird.

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Na denn viel Spaß mit dem Helden der "zitierfähigen Quellen". Du hast vollkommen recht, aber ich hatte diese Diskussion jetzt lange genug und halte mich mal raus.

Beholder3 schrieb:

Alles wahr, ist aber nicht so genau die Frage gewesen.

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Dann verstehe ich die Frage nicht.


Gruß, Matthias

burkhard2 schrieb:

Da RAW-Dateien linear sind, ergibt sich hier der Dynamikumfang direkt aus der Bittiefe, also 4095:1 bei 12 bit oder 16383:1 bei 14 bit.

Daran siehst du schon, dass Dynamik und Bittiefe nichts mitenander zu tun haben.

Nein, es gibt keinen Zusammenhang, siehe das JPEG-Beispiel oben. Der Zusammenhang zwischen den Werten in der Bilddatei und den Lichtintensitäten ist rein willkürlich (und wie der Zusammenhang ist, steht im ICC-Profil der Bilddatei).

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Es ging mir ja nicht um JPGs und in den RAWs bestätigst Du ja, dass die Daten linear vorliegen, was ich als Zusammenhang bezeichnen würde.

Insgesamt geht es hier wohl um sprachliches und Missverständnisse.
Wenn ich die Farbinformationen aus einem RAW linear umsetze und dann durch einen Farbraum und ein Farbprofil interpretieren lasse gibt es muMn ja wieder einen Zusammenhang, eben nur keinen linearen.

Masi1157 schrieb:

Na denn viel Spaß mit dem Helden der "zitierfähigen Quellen". Du hast vollkommen recht, aber ich hatte diese Diskussion jetzt lange genug und halte mich mal raus.

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Verstehe ich nicht.

Beholder3 schrieb:

Es ging mir ja nicht um JPGs und in den RAWs bestätigst Du ja, dass die Daten linear vorliegen, was ich als Zusammenhang bezeichnen würde.

Insgesamt geht es hier wohl um sprachliches und Missverständnisse.
Wenn ich die Farbinformationen aus einem RAW linear umsetze und dann durch einen Farbraum und ein Farbprofil interpretieren lasse gibt es muMn ja wieder einen Zusammenhang, eben nur keinen linearen.

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Klar, für eine festgelegte Gammakurve gibt es natürlich einen Zusammenhang Bittiefe - Dynamikumfang: bei normalen Gammakurven nimmt der Dynamikumfang pro Bit um 2^Gamma zu. Bei Gammakurven wie sRGB oder Lab ist der Dynamikzuwachs bei über 8 bit ein Faktor 2 pro Bit, weil der Kurvenanfang linear ist.

Der Punkt, der immer wieder zu Missverständnissen führt, ist, dass 8 Bit Farbtiefe nicht weniger Dynamikumfang als 16 Bit Farbtiefe bedeuten muss – es kommt immer auf die zugrunde liegende Gammakurve an. Siehe das Beispiel in meinem ersten Post (das übrigens nicht nur für JPEG, sondern allgemein für 8 Bit Farbtiefe mit Adobe RGB gilt).

L.G.

Burkhard.

Masi1157 schrieb:

Dann habt Ihr da wieder die absurde Diskussion um Dynamik. Es gibt keine Dynamik ohne eine sinnvolle und nutzbare Abstufung dazwischen. 1bit hat keine Dynamik, selbst wenn Du "fast schwarz" zu 0 und "fast weiß" zu 1 definierst. Dazwischen hast Du einen Kontrast, aber keine Dynamik.

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Dynamik ist die Lehre der Kräfte. Wenn wir das hier schon erweitern, ist Dynamikumfang das Verhältnis von Leistungen. Steht in jedem Physikbuch (außer für Kindergärten).

Farben (auch schwarz oder weiß) sind keine Leistung.

Wolfgang

Beholder3 schrieb:

Verstehe ich nicht.

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Jetzt?


Gruß, Matthias

Beholder3 schrieb:

Ich sehe da einen engen Zusammenhang in der Praxis durch die technischen Limits bei n bit. Jedenfalls sehe ich nicht, dass das eine nichts mit den anderen zu tun hat.

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Photonenfluss und Helligkeit haben etwa so viel gemeinsam wie Ort und Zeit. Die letzten beiden werden häufig über die Geschwindigkeit verknüpft.
Noch'n Gruß, Wolfgang

Ich vergaß zu erwähnen, dass Photonenfluss und Helligkeit oft über das Auge und manchmal über eine Photodiode verknüpft sind. Gleichwohl dürften die meisten Photonen durch's Weltall rauschen, ohne jemals einen Beitrag zu einer Helligkeit zu liefern.
Gruß, Wolfgang

Moin!


Ich bin wie immer schwer beeindruckt.

Wikipedia sagt:

Helligkeit ist ein Überbegriff subjektiver Eindrücke und objektiver Messgrößen für die Stärke einer visuellen Wahrnehmung von – sichtbarem – Licht.

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...und...

Als rein physikalische Messgröße wird die Helligkeit von der Photometrie durch die Lichtstärke ersetzt, welche die von einem Objekt ausgehende, spektral gemittelte Strahlung in der Maßeinheit Candela (cd) angibt.

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Und zur Lichtstärke:

Die Lichtstärke Iv ist die Strahlungsleistung einer Lichtquelle pro Raumwinkel, gewichtet mit der spektralen Hellempfindlichkeit des Auges (genauer: eines genormten 2 °-Standard-Beobachters), also der Lichtstrom pro Raumwinkel. Sie ist die photometrische Entsprechung der Strahlungsintensität.

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Im physikalischen Sinne wäre "Helligkeit" also eine mit der Empfindlichkeit des menschlichen Sehsinns gewichtete Strahlungsleistung pro Raumwinkel. Die Leistung ist nun wieder...

eine physikalische Größe, die – kurz gesagt – für Energie pro Zeit steht.

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Und zu der sagte nun wieder Albert Einstein:

Albert Einstein stellte 1905 in seiner Publikation zum photoelektrischen Effekt die Lichtquantenhypothese auf. Ihr zufolge ist die Energie des Lichts in zur Frequenz proportionalen Einheiten gequantelt, diese „in Raumpunkten lokalisierten Energiequanten, welche sich bewegen ohne sich zu teilen und nur als Ganze absorbiert und erzeugt werden können“ nennt man später auch Photonen.

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Photonen und Helligkeit haben also sehr wohl eine ganze Menge miteinander zu tun. Und wenn dann schon das unpassende Ort-Zeit-Geschwindigkeit-Bild benutzt werden soll (Energie-Zeit-Leistung passt viel besser), dann wäre Helligkeit in etwa analog zur Geschwindigkeit, Photon ganz grob analog zum Ort, und beide sind über die Zeit miteinander verknüpft. Ganz bestimmt sind sie aber nicht analog zu Ort und Zeit und über die Geschwindigkeit verknüpft.

Ach ja: Wenn Wikipedia nicht ausreichend "zitierbar" sein sollte, dann finden sich bestimmt "zitierbare" Quellen, in denen etwas vollkommen anderes steht. Ich bin wie immer gespannt, weiß aber, dass, auch wie immer, ganz was anderes kommen wird.


Gruß, Matthias

Abgedriftet.

Der Rasen meines Bildes ist auch grün, wenn das Bild in einem dunklen Raum hängt. Genau so, wie ein Ball im Raume sein kann, wenn man ihn nicht sieht.

Ansonsten erreicht man unterschiedliche Orte, wenn man im gleichen Zeitraum mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten fährt. Genau so erreicht man unterschiedliche Hellichkeiten, wenn man den gleichen Photonenfluss mit unterschiedlichen Sensoren beguckt.

Je nach Anwendung gibt es auch begrenzte Orte und Zeiten. Nehmen wir das Fußballspiel, das 90Min dauert und auf einem etwa 5000m^2 großen Platz stattfindet. Wie misst man nun die Dynamik des Fußballspiels.
- Wir nehmen dazu den Spieler als Maßstab. Im Stehen nimmt er einen Platzbedarf von sagen wir 0,5m^2 ein. Während des Spiels kann er die gesamten 5000m^2 abklappern. Diese Zahlen können wir sogar ins Verhältnis setzen, macht einen Dynamikumfang von 10000 oder 40db. Ob das Sinn macht? Formal geht das aber!
- Versuchen wir das gleiche mit der Spieldauer (90Min). Ich kann zwar eine Differenz angeben, die 90 Min. Dies ist aber kein Verhältnis und zudem noch mit Einheit, was die log Bildung erschwert. Für ein Verhältnis benötige ich ein absolutes Zeitmaß mit einem Nullpunkt. Dieser ist aber beliebig, und kann der Beginn der UNIX Welt genau so sein wie die Geburtstunde des Propheten. Von daher kann also nicht mal formal ein Zeitraum als Verhältnis zweier Zeitgrößen bestimmt werden. Macht auch keinen Sinn, das Spiel dauert 90Min, basta!

Gruß, Wolfgang

Nun, was hat die Blödelei mit Fotografie zu tun? Zunächst gehen viele Fotografen zum Fußball, um Bilder für die Zeitung oder die Vereinschronik zu machen. Dann steht die 42 auch dann im Raw, wenn das Zugehörige Filesystem gar nicht eingehängt ist. Weiterhin wurde bereits geklärt, dass es keine Mindestzahl von Bits (>=2) im Raw gibt, um jede Dynamik eines Sensors abbilden zu können.

Mit dem Fußball, Ort, Zeit und Geschwindigkeit komme ich nun zur Eingangsfrage:

Beholder3 schrieb:

Es geht um die Frage, ob bezüglich der Begrenzung auf n bit bei einer RAW Datei oder einem Monitor zur Darstellung eines Bildes a) Farbtöne und/oder b) die Dynamik begrenzt wird.
In der Folge um die Frage, ob es irgendeinen Zusammenhang zwischen der Limitierung der Dynamik und der Limitierung der "Farbtiefe" gibt.

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Bei der ersten Frage begrenzt die Zahl der Bits die Zahl der Farbtöne einfachst auf 2^. Zur Dynamik verweise ich auf den oben zitierten thread.

In der Folge betrachten wir die zwei Dinge zunächst getrennt:
- Die Limitierung der Dynamik ist begrenzt durch das Können der Elektroniker bei der Sensorherstellung sowie vom einfallenden Photonenstrom. Die Dynamik aktueller Sensoren ist wie die Dynamik des Fussballspiels durch die Endlichkeit bestimmt. Es passen nur endlich viele Photonen hinein, die in Ladungsträger umgewandelt werden können (Größe des Fußballfeldes). Die Begrenzung nach unten liegt im Ausleserauschen (Schuhgröße des Spielers). Das Verhältnis aus Beiden heißt Dynamik oder auch -umfang, egal jetzt. Die Dynamik kann verbessert werden, wenn Ausleserauschen verringert oder das Fassungsvermögen der Pixel erhöht wird. Mit der Annahme, dass ein doppelt großer Pixel doppeltes Fassungsvermögen hat, lässt sich die Dynamik dadurch erhöhen. Anders als beim Fußball, ist die Bestimmung der Dynamik hiermit äußerst sinnvoll.
- Der Sensor macht aus den aktuell frei gesetzten Ladungsträgern eine Zahl im Raw. Wir bleiben hier bei ganzen Zahlen ohne Vorzeichen. Die genannte "Farbtiefe" ist aus meinem Verständnis die Anzahl dieser Zahlen zwischen alle Bits aus und alle Bits an. Damit ist die Limitierung klar: je Bit pro Zahl desdo Farbtief. Für die spätere Darstellung der Zahl im Raw als Helligkeit im Bild ist die abgespeicherte Zahl völlig unerheblich. Ein Beginn bei x'00' ist keineswegs notwendig. Canaon macht wohl einen Offset bei 1024. Ausschließlich die Differenz zwischen alle Bits aus und alle Bits an ist erheblich. Damit ist eine Verhältnisbildung wie bei der Dauer des Fußballspiels ohne jeden Sinn. Die Limitierung der Farbtiefe ist somit ausschließlich bestimmt vom Können der Techniker: Sensor und EDV in der Kamera.

Damit ist die Eingangsfrage klar zu verneinen. Es gibt keinen

Beholder3 schrieb:

Zusammenhang zwischen der Limitierung der Dynamik und der Limitierung der "Farbtiefe"

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Gruß, Wolfgang

Stempel schrieb:

Weiterhin wurde bereits geklärt, dass es keine Mindestzahl von Bits (>=2) im Raw gibt, um jede Dynamik eines Sensors abbilden zu können.

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Na da sind wir doch alle auf die "zitierfähige" Quelle (was Du da verlinkst, ist das exakte Gegenteil) gespannt, in der dargelegt ist, wie man das bei den bekanntlich linear codierten Raw-Dateien bewerkstelligt.


Gruß, Matthias

Das driftet jetzt alles ziemlich weg. Die ursprüngliche Frage lautete doch

Beholder3 schrieb:

Es geht um die Frage, ob bezüglich der Begrenzung auf n bit bei einer RAW Datei oder einem Monitor zur Darstellung eines Bildes a) Farbtöne und/oder b) die Dynamik begrenzt wird.
In der Folge um die Frage, ob es irgendeinen Zusammenhang zwischen der Limitierung der Dynamik und der Limitierung der "Farbtiefe" gibt.

Es geht nicht um die Frage, ob abstrakt Dynamikbereich gleich Farbtiefe ist.

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Und da hätte ich vom TO gerne die dort wesentlichen Begriffe
- Limitierung der Farbtöne
- Dynamik
- Dynamikbereich
- Limitierung der Farbtiefe
geklärt. Insbesondere was er unter Dynamikbereich versteht. Sonst können wir hier noch 100 Beiträge lang aneinander vorbeireden.

Das ist i.d.T. nicht ganz leicht.

Manni1 schrieb:

Und da hätte ich vom TO gerne die dort wesentlichen Begriffe
- Limitierung der Farbtöne
- Dynamik
- Dynamikbereich
- Limitierung der Farbtiefe
geklärt. Insbesondere was er unter Dynamikbereich versteht. Sonst können wir hier noch 100 Beiträge lang aneinander vorbeireden.

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Ich hatte in meinem letzten Posting so gemeint (vielleicht nicht deutlich geschrieben):

Limitierung der Farbtöne = ... der Farbtiefe = Tonwertumfang aus den Bits im Raw = Anzahl der Grauwerte von 0 bis 2^n - 1.

Dynamik = Dynamikbereich = Verhältnis aus Größe Fußballplatz zu Schuhgröße = ... max Anzahl freie Ladungsträger zu Ausleserauschen.

Bei der Dynamik erscheint mir das ziemlich sicher. Bei den Farbtönen kann der TO ja nachlegen, was er wirklich meint.

Gruß, Wolfgang

Manni1 schrieb:

Das driftet jetzt alles ziemlich weg. Die ursprüngliche Frage lautete doch

Und da hätte ich vom TO gerne die dort wesentlichen Begriffe
...
geklärt. ... Sonst können wir hier noch 100 Beiträge lang aneinander vorbeireden.

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Für mich reichen die ersten 5 Posts, da es m.E. danach nur um Sprache, Verständnis und Meinung geht (wie in der ursprünglichen Auseinandersetzung auch).

Die "eine Wahrheit" suche ich nicht. Ist mit zu weit bis zum Ende des Regenbogens.

Die Beiträge haben geholfen, meine Meinung zu bilden, wofür ich allen Beteiligten danke.

Also: Lassen wir es gut sein.

Beholder3 schrieb:

Für mich reichen die ersten 5 Posts, da es m.E. danach nur um Sprache, Verständnis und Meinung geht (wie in der ursprünglichen Auseinandersetzung auch).

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Nein, es geht um eine klare Begriffsdefinition, und das ist viel mehr als "Sprache, Verständnis und Meinung" (oder gerade genau das, je nach Sichtweise). Und genau danach hat Manni gefragt: Was hast Du denn mit Deiner Frage gemeint und wie sollen wir sie verstehen?


Gruß, Matthias