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Wie Dynamic Range von DB in Blendenstufen umrechnen?

Tarana2020

Themenersteller
Hallo :),

weiß jemand wie man die Dynamic Range von DB in Blendenstufen umrechnet und umgekehrt? Eine Formel wäre sehr hilfreich.

Viele Grüße und Danke im Voraus
 
Danke schonmal für die Antwort!
Wie viele Blendenstufen wären dann 75 dB?
Ich muss für eine Arbeit eine Umrechnung vornehmen.
 
ev = dB/(10 x lg2)
 
Re: Wie Dynamic Range von dB in Blendenstufen umrechnen?

Dynamik mißt man in dB. In Blendenstufen mißt man Belichtungs- und Kontrastumfänge. Das sind zwei verschiedene Dinge ... auch wenn Laien das immer wieder gern miteinander verwechseln oder gar für dasselbe halten. Aber das Wort "Dynamik" klingt halt so fetzig fachausdrückisch – deswegen wird es gern benutzt, vor allem von denen, die gar nicht so genau wissen, was es eigentlich bedeutet.
 
AW: Re: Wie Dynamic Range von dB in Blendenstufen umrechnen?

Dynamik mißt man in dB. In Blendenstufen mißt man Belichtungs- und Kontrastumfänge. Das sind zwei verschiedene Dinge ... auch wenn Laien das immer wieder gern miteinander verwechseln oder gar für dasselbe halten. Aber das Wort "Dynamik" klingt halt so fetzig fachausdrückisch – deswegen wird es gern benutzt, vor allem von denen, die gar nicht so genau wissen, was es eigentlich bedeutet.

Ach so? Hier hätte ich mir jetzt eine Erklärung des Unterschieds gewünscht. Für mich war das immer gleichbedeutend, ob man jetzt die eine logarithmische Skala verwendet oder halt die andere ...
 
In dem Artikel definiert wird der Dynamikumfang so definiert:
Dynamic range is the range of signal that a sensor can record.
Das ist zwar nicht sehr eindeutig, aber mit dem darauf folgenden Text wird ungefähr klar, dass er das Verhältnis des stärksten messbaren Signals zum theoretisch schwächsten (vorhandenen) messbaren Signals eines Sensors meint. Eine Definition des Belichtungsumfangs fehlt entweder, oder sie war nur zu gut versteckt. Für sie ist aber anscheinend relevant, dass das Rauschen miteinbezogen wird, weil der Belichtungsumfang dadurch niedriger oder höher als der Dynamikumfang sein kann.

Ich glaube, dass dieser etwas verbittert wirkende Don Quijote mit diesen Definitionen eher recht allein dasteht. Zumindest finde ich genügend Quellen, in denen der Dynamikumfang immer in Abhängigkeit eines Rauschterms berechnet wird (1, 2, 3, 4, 5).

Und ob dieser fragliche Unterschied wirklich praxisrelevant ist, muss natürlich auch jeder für sich entscheiden. Für mich ist er es im Fotografiekontext jedenfalls in aller Regel nicht.
 
Die Dynamik eines Sensors kann technisch als Dynamik des Einzelpixels beziffert werden; diese ist:
Dynamic Range = Full Well Capacity (electrons) / Read Noise (electrons)
oder in dB ausgedrückt:
Dynamic Range = 20 × Log(Nsat/Nnoise)
Quellen: https://hamamatsu.magnet.fsu.edu/articles/dynamicrange.html
https://hamamatsu.magnet.fsu.edu/articles/ccdsnr.html

In dem Term Nsat/Nnoise steckt natürlich der Signal-Noise-Ratio (SNR).
Wer hierüber mehr lesen will, ...

https://www.google.de/url?sa=t&rct=...snr_0504.pdf&usg=AOvVaw1SVan-zT0UvcAdQ8GZW1e-

oder eben auch:
https://hamamatsu.magnet.fsu.edu/articles/ccdsnr.html
bzw.:
https://andor.oxinst.com/learning/view/article/ccd-signal-to-noise-ratio

Das, was oftmals als "exposure range", ... in max. 11,7 oder meinethalben 13,2 Ev bei basis-ISO angegeben wird, ist manchmal in ähnlicher Weise, manchmal aber auch technisch weniger eindeutig definiert, indem beispielsweise das Signal und das Rauschen über benachbarte Pixelgruppen integriert wird. Ob bzw. wie viele Pixel dabei zusammengerechnet werden, kann jeder Tester selber definieren. Fasse ich viele Pixel zusammen, dann steigt mein ausgewiesener Dynamikumfang, fasse ich wenige zusammen, so sinkt er. Somit sind diese Werte kaum zwischen verschiedenen Testplattformen vergleichbar.

Warum kommt es aber zu dieser "unsauberen" Definition? Ganz einfach: bleibe ich "technisch sauber" und fasse gar keine Pixel zusammen, so ist eine 40-MP-Kamera automatisch im Nachteil gegenüber einer 20-MP-Kamera der selben Sensorgröße. Das Signal der 40-MP-Kamera hat dann bei Einzelpixel-Analyse z.B. ein schlechteres SNR, als das Signal der 20-MP-Kamera - und dies, obwohl der visuelle Gesamteindruck dies z.B. gar nicht zeigt. Somit sagen die Tester: ich skaliere erst mal die Bilder auf eine gleiche (von mir definierte) Pixelzahl herunter, und wende die o.g. Berechnungen erst auf die virtuell größeren Einzelpixel an, bei denen sich das Nutzsignal typischerweise linear aufsummiert, während das Rauschsignal nur mit der Quadratwurzel der Zahl zusammengefasster Pixel steigt. Damit kann man dann besser Kameras miteinander vergleichen, opfert dafür aber die im technischen Sinn saubere Definition.
 
Wie viele Blendenstufen wären dann 75 dB?

Hallo!

Das ist leider nicht ganz eindeutig zu sagen. Die Dynamik in dB wird oft so

Dynamic Range = 20 × Log(Nsat/Nnoise)

(Log mit Basis 10) definiert, also mit dem Faktor 20 statt des Faktors 10, den man vielleicht erwarten würde. Mit diesem Faktor 20 geht die Umrechnung so:

x dB entsprechen ziemlich genau x/6 Blendenstufen. Also sind 75 dB etwa 12,5 Blendenstufen.


Wenn man es anders versucht, also mit dem Faktor 10, dann entsprechen 75 dB etwa 25 Blendenstufen.
Ich hoffe, das hilft dir weiter.
 
Das Signal der 40-MP-Kamera hat dann bei Einzelpixel-Analyse z.B. ein schlechteres SNR, als das Signal der 20-MP-Kamera - und dies, obwohl der visuelle Gesamteindruck dies z.B. gar nicht zeigt.
Und hier steckt extrem viel Problempotential drin: Die meisten "dynamic range"-Kurven basieren nur auf den RAW-Daten, aber wir schauen uns niemals RAW-Daten an. Die gehen durch teils stark nicht-lineare Prozesse, bevor wir sie am Ende sehen, d.h. es gibt auch noch eine Diskrepanz zwischen diesen "norm-skalierten" DR-Kurven und der Realität. Und weil das alles noch nicht schlimm genug ist, gibt es sogar Unterschiede, ob man z.B. 14 bit oder 16 bit RAW-Daten hat, auch wenn die Pixel, den RAW-Messungen zu Folge, nur so 13 bit "SNR" übertragen. Letztendlich reden wir über eine lange Prozeßkette, und abhängig von dem, was man so tut, begrenzen unterschiedliche Teile dieser Kette das Gesamtergebnis. Das schließt eben auch die Nachverarbeitung mit ein, muß es, denn ohne die würden wir nie ein Bild zu Gesicht bekommen.
 
Den Faktor bei der Umrechnung in/von dB kann man sich nicht aussuchen, sondern er ist 10 für Leistungsgrößen wie Rauschleistung und Signalleistung. Und natürlich alle Größen die sich darauf beziehen wie die Fläche (~ Quadrat der Blendenzahl) für die Signalleistung auf dem ganzen Sensor. Der Faktor 20 ergibt sich dann für Größen, die quadratisch in die Berechnung der Gesamtleistung eingehen, hier also für die Blendenzahl, oder in der Akustik für Signalamplituden.

Also 10 ist richtig bei Umrechnung von EV nach DR. Da beides logarithmische Skalen sind und 1 EV den Faktor 2 bedeuten, ebenso wie 3 dB (jedenfalls fast), muss ich nur die Angabe in dB durch 3 teilen und habe den Umfang in EV -Werten und damit in Blendenstufen.
 
Ich denke, wenn man unbedingt dB verwenden möchte, sollte man genau dazuschreiben, worauf man sich bezieht: Auf quadratische Sättigung und quadratisches Rauschen oder auf Sättigung und Rauschen.
 
Die Eingangsfrage war ganz einfach, nämlich wie man die dB Angabe des Dynamic Range in Blendenstufen umrechnet. Die einfache Antwort: durch 3 teilen. Wer es genauer wissen will. Wikipedia oder Nachrichtentechnik studieren.
 
Ein Beispiel: Meine alte Kamera kommt auf eine Sättigung von Nsat=20000 Elektronen und auf ein Rauschen von Nnoise=20 Elektronen Standardabweichung. Dazwischen liegt der Faktor 1000. Das sind 10 Blendenstufen.

Wenn man dagegen so

Dynamic Range = 20 × Log(Nsat/Nnoise)

oder eben Dynamic Range = 10 × Log(Nsat^2/Nnoise^2) dB

rechnet (wie es durchaus üblich ist), kommt Dynamic Range = 60 dB heraus.
 
Zuletzt bearbeitet:
Prima, ich habe hier was gelernt. Meine erste Antwort war doch etwas zu simpel.

Hier noch zwei Artikel, die den Unterschied zwischen Leistung und Amplitude m. E. gut erklären.

https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semiconductors/chpt-1/decibels/
https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/what-is-dynamic-range/

Die Frage bleibt, warum man in der Fotografie überhaupt von dB sprechen sollte. Der Artikel von Clarkvision zum Thema kommt komplett ohne diesen Begriff aus und nutzt halt die logarithmischen Maßeinheiten wie ISO und Stops, die wir sowieso schon gewohnt sind.
https://clarkvision.com/articles/digital.sensor.performance.summary/#dynamic_range
 
Ein Beispiel: Meine alte Kamera kommt auf eine Sättigung von Nsat=20000 Elektronen und auf ein Rauschen von Nnoise=20 Elektronen Standardabweichung. Dazwischen liegt der Faktor 1000. Das sind 10 Blendenstufen.

Wenn man dagegen so



oder eben Dynamic Range = 10 × Log(Nsat^2/Nnoise^2) dB

rechnet (wie es durchaus üblich ist), kommt Dynamic Range = 60 dB heraus.

Durch Wiederholen wird es nicht richtiger, ständig Leistungswerte als Amplitudenwerte zu betrachten.
 
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