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Alt 15.08.2008, 11:40   #1
frechBengel
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Registriert seit: 04.02.2008
Beiträge: 72
Standard Dynamikumfang - oder der Versuch eine ewige Verwirrung aufzuklären

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Hallo miteinander!

Der Begriff "Dynamikumfang" hat bereits in vielen Threads zu Diskussionen und Verwirrungen geführt. Auch ich habe mich zu Fehlinterpreationen hinreissen lassen, indem ich mein Halbwissen logisch sortierte und das, was dann für mich logisch klang, als die Wahrheit ausgegeben. Inzwischen weiß ich, daß mein Verständnis dieses Begriffs - und wohl auch einiger damit zusammenhängender Begriffe - nicht richtig ist. Ich starte diesen Thread, um mit gezielten Fragen Stück für Stück Klarheit in die Sache zu bringen.

Vorab möchte ich alle Diskussionsteilnehmer darum bitten, einige Regeln einzuhalten; die ich mir besonders für dieses Vorhaben überlegt habe. Denn nur unter deren allgemeiner Beachtung kann es in einem Forum zum Erfolg führen, ein verwirrtes Thema zu entwirren.

1. Bevor man postet, sollte man sich die Zeit nehmen, den gesamten Thread zu lesen. Postings, die auf die schnelle gemacht sind, führen - wie schon unendlich oft gesehen - zu Verwirrungen und Wiederholungen.

2. Postet nur, wenn ihr etwas direkt zur Sache zu sagen oder zu fragen habt. Bitte verzichtet auf "es müßte doch eigentlich so sein, daß"-Spekulationen. "Ich muß jetzt doch mal kurz Off Topic", zählt auch nicht. "Jetzt ist es mir klar" werden hoffentlich viele schreiben können. Ich hoffe aber auch, daß sie es nicht alle mitteilen, so daß die Postings so gehalten werden, daß Punkt 1 zu befolgen keine Unmöglichkeit wird.

3. Wer etwas erklärt, sollte genau wissen wovon er spricht. Das heißt, daß er sich nicht nur sicher ist, daß er bestimmt Recht hat, sondern daß er sein Wissen über das Thema nicht aus Foren oder Wikipedia; schon gar nicht aus logischer Verknüpfung von Halbwissen bezogen hat. Quelle des Wissen sollte eine entsprechende Ausbildung im Fach sein. Insbesondere der Wikipedia-Artikel hat offenbar große Lücken und verleitet zu Fehlinterpretationen.

4. Seid - wie es sich gehört - höflich und konstruktiv an der Sache. Ignoriert Postings, bei denen ihr versucht seid, sie als "off Topic" zu kommentieren oder darauf hinzuweisen, vorm Posten, erst den Thread zu lesen.

So viel zur Einleitung.

Ich wünsche nun allen viel Spaß und diesem Thread viel Erfolg.

frechBengel
frechBengel ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.08.2008, 11:41   #2
frechBengel
Benutzer
 
Threadstarter
 
Registriert seit: 04.02.2008
Beiträge: 72
Standard AW: Dynamikumfang - oder der Versuch eine ewige Verwirrung aufzuklären

Zur Sache:

Wie ist der Begriff Dynamikumfang definiert und in welchem Verhältnis steht er zu dem Begriff der photographischen Blende?
frechBengel ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.08.2008, 11:42   #3
Gast_83543
Gast
 
Beiträge: n/a
Standard AW: Dynamikumfang - oder der Versuch eine ewige Verwirrung aufzuklären

Wozu diesen Thread?

http://de.wikipedia.org/wiki/Dynamikumfang

http://de.wikipedia.org/wiki/Kontras...ilddarstellung

http://www.zeiss.de/C1256B5E00496AB1...257371003CEB3D

Eine Suchmaschine gibt dir ausreichend Informationen.

Geändert von Gast_83543 (15.08.2008 um 12:02 Uhr)
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Alt 15.08.2008, 12:05   #4
Char
Moderator
 
Registriert seit: 21.01.2007
Ort: Zürich, Schweiz
Beiträge: 12.554
Standard AW: Dynamikumfang - oder der Versuch eine ewige Verwirrung aufzuklären

Zitat:
Zitat von Schmerzenreich Beitrag anzeigen
Leider stehen da Dinge drin, die fuer die DSLR-Fotografie so nicht richtig oder zumindest irrefuehrend sind:

Zitat:
Zitat von Dynamikumfang - Wikipedia
Für digital vorliegende Bilder bezeichnet der Dynamikbereich den Quotienten aus größtem und kleinstem von 0 verschiedenem Helligkeitswert eines digitalen Bildes. In der Regel spricht man hier allerdings ebenfalls wie in der Fotografie von Kontrast und gibt diesen in Blenden an. Dadurch, dass in der Fotografie „eine Blende“ einer Verdopplung der Lichtmenge entspricht, und bei der Quantisierung ein Bit einer Verdopplung der Lichtmenge entspricht, kann aus der Bittiefe direkt die darstellbaren Blenden abgelesen werden.
Einerseits gibt es Bildformate, fuer die ein Bit nicht einer Verdoppelung der Lichtmenge entspricht.

Zweitens interessiert meist nicht der Kontrast im Ausgabemedium, sondern der Kontrast des Motivs, den die Kamera bewaeltigen muss. Das sind zwei verschiedene Dinge, da durch Kurven (in der Kamera oder bei der RAW-Umwandlung) die Helligkeitsbereiche verschoben werden koennen. So kann z.B. JPEG tatsaechlich nur 8 Blenden Dynamic Range darstellen, jedoch kann man mit Kameras mehr als 8 Blenden Dynamic Range erreichen, selbst im JPEG-Format: Bei der D300 sind es beispielsweise bis zu 9.2 EV.

Und drittens sind besonders bei Kameras Bittiefe und Dynamic Range nicht gleichzusetzen (dies wird immer wieder falsch gemacht). Wie schon im ersten Kommentar bemerkt, muss es nicht so sein, dass ein Bit der Verdoppelung der Lichtmenge entspricht (soweit ich weiss, ist das bei Kameras allerdings recht haeufig so ()). Wichtiger ist aber, dass auch 14-Bit-RAWs keine 14 Blenden Dynamikumfang haben, weil in den least significant bits (den letzten paar) keine sinnvolle Information, sondern oft nur noch Rauschen drinsteckt. Insofern ist (bei linearer Speicherung) die Bittiefe hoechstens eine obere Grenze fuer den Dynamikumfang, aber keine Garantie dafuer, dass der Dynamikumfang auch wirklich diese Werte erreicht. Meines Wissens gibt es momentan auch keine DSLR, die mehr als 11 EV Dynamikumfang erreichen wuerde (Fujis ausgenommen). Und auch dann: Mit nichtlinearer Speicherung kann man auch in 12 Bit 22 EV Dynamikumfang darstellen. Daher hier auch noch mal der wichtige Hinweis (da das immer wieder falsch interpretiert wird): Die Bittiefe hat nichts mit dem Dynamikumfang zu tun.
Char ist offline   Mit Zitat antworten
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Alt 15.08.2008, 12:48   #5
LGW
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Registriert seit: 29.04.2006
Beiträge: 11.833
Standard AW: Dynamikumfang - oder der Versuch eine ewige Verwirrung aufzuklären

Der Wikipedia-Artikel ist in der Tat völlig irreführend und quasi "so falsch".

Er vermittelt den Eindruck, dass nur aus der Bittiefe (bspw. 8-Bit-JPEG) automatisch ein LDRI mit max. "8 Blenden Umfang" entsteht.

Das ist aber falsch. In einem Nebensatz wird auch erwähnt, dass die Zahl der je Quantisierung verwendeten Bits ausschlaggebend ist, und DAS ist im Prinzip auch der entscheidende Punkt.

Insbesondere ist aber auch entscheidend, das diese Quantisierung überhaupt nicht - wie in der Rechnung im Artikel angegeben - LINEAR erfolgt (und nur DANN kann man die dB und damit Blenden so berechnen), sondern im Gegenteil ja in der Kamera und auch im RAW-Konverter nach einem vergleichsweise komplexen Profil, schlimmstenfalls noch mit einer Tonwertkurve, Kontrastverstärkung je nach Einstellung der Kamera/Konverter - und natürlich vorher auch schon mit einer völlig unbekannten Verstärkerkurve im Sensor bzw. AD-Wandler der Kamera.

Richtig ist, dass ein 8-Bit-Bild bei LINEARER Quantisierung in genau DIESER Abstufung (die allerdings nicht mal der sRGB-Farbraum mit Gamma 2,2 vorliegt, selbst da schon falsch!) eben diese maximale Dynamik zwischen "schwarz" und "weiss" zulässt. Aber eben auch nur dann.

Mit dem, was in der Kamera passiert, und wieviel "fotografische Blenden" in einem JPEG wirklich *ankommen*, hat das alles schlicht überhaupt garnichts zu tun. Das steht da aber leider nicht - da steht nur "fotografische Blenden".

Leider habe ich nicht genug Zeit, mich hinreichend in die Materie einzuarbeiten, um einen fachlich absolut vertretbaren Absatz für Wikipedia zu schreiben, aber so wie's jetzt ist geht's garnicht (vgl. auch die Diskussion zum Wikipedia-Artikel!!)
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LGW ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.08.2008, 13:03   #6
frechBengel
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Registriert seit: 04.02.2008
Beiträge: 72
Standard AW: Dynamikumfang - oder der Versuch eine ewige Verwirrung aufzuklären

Wozu dieser Thread da ist, und warum Wikipedia hier nicht als Quelle dienen soll hatte ich bereits in der Einleitung formuliert. Mit Hilfe von Char und LGW hat diese ohnehin vorausgesetzte Forderung noch ihre Begründung erhalten. Ich hoffe die "Was ist der Sinn dieses Threads"-Diskussion mit Einleitung-Nicht-Lesern wird uns in Zukunft erspart bleiben und nicht alle paar Postings wiederkehren.

Ich würde gern in kleinen Schritten vorangehen und wiederhole daher meine erste Frage zur Sache:

Wie ist der Begriff Dynamikumfang definiert und in welchem Verhältnis steht er zu dem Begriff der photographischen Blende?
frechBengel ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.08.2008, 15:57   #7
Stuessi
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Registriert seit: 14.05.2005
Beiträge: 1.062
Standard AW: Dynamikumfang - oder der Versuch eine ewige Verwirrung aufzuklären

In der Musik versteht man unter Dynamik das Verhältnis von größter zu kleinster Lautstärke. Übertragen auf die Optik:
Dynamik ist das Verhältnis von größter darstellbarer Helligkeit zur kleinsten.
Bei einem 12-Bit Wandler liegt das größte Signal unter 2^12 RAW-Einheiten, das kleinste über der sich aus Dunkelstrom+Rauschen+falscher Justierung des Signalverstärkers ergebenden unteren RAW-Einheiten-Grenze, z.B. bei 2^3 +1 RAW-Einheiten.
(2^12 - 1) / (2^3 + 1) = 455.
Da jede Blendenstufe einer Verdopplung der Helligkeit entspricht, ist die Dynamik in meinem Beispiel 8,8 Blendenstufe, denn
455 = 2^8,8
Dabei gehe ich davon aus, dass die Signalverstärkung linear ist und die RAW-Werte nicht manipuliert werden.

Geändert von Stuessi (15.08.2008 um 16:13 Uhr)
Stuessi ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.08.2008, 16:44   #8
frechBengel
Benutzer
 
Threadstarter
 
Registriert seit: 04.02.2008
Beiträge: 72
Standard AW: Dynamikumfang - oder der Versuch eine ewige Verwirrung aufzuklären

@ Stüssi

Deinem Beitrag entnehme ich, daß Du von der Bittiefe direkt auf die Dynamik des Sensors schließt. Da wird LGW, wenn ich es richtig verstanden habe, sicher etwas dazu zu sagen haben.

Der Begriff "RAW-Einheit" ist mir völlig neu. Ich lese ihn zum ersten mal. Was ist damit gemeint? RAW-Einheiten sind die Anzahl der mit 12 Bit darstellbaren unterschiedlichen Werte, nämlich 2^12?

zur Sache:

Das Verhältnis von größtem zum kleinsten geht sicher in die richtige Richtung. Zwingend ist hier aber noch, daß im Nenner niemals eine Null stehen darf. Es muß als das Verhältnis vom größten zum kleinsten und von Null verschiedenen Wert sein.
frechBengel ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.08.2008, 16:54   #9
chemischenk
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Registriert seit: 05.09.2007
Beiträge: 55
Standard AW: Dynamikumfang - oder der Versuch eine ewige Verwirrung aufzuklären

Zitat:
Dabei gehe ich davon aus, dass die Signalverstärkung linear ist und die RAW-Werte nicht manipuliert werden.
Und genau hier liegt glaube ich ein Fehler. Ein kleiner Disclaimer allerdings voraus: Ich arbeite mit ultraschnellen Kameras (Belichtungszeiten bis in zu 200 Picosekunden) und habe leider nur über diese Typen genaue Informationen.

Bei Digitalkameras finden ja sowohl CCD als auch CMOS Sensoren Anwendung. Vergleicht man diese bei gleicher Sensorauflösung und -größe, so haben CCD Sensoren eigentlich immer die größere aktive Fläche. Dies beeinflusst den Dynamikumfang spürbar, da 1) größere Fläche = mehr Photonen bei gegebener einfallender Lichtmenge --> besseres Signal/Rauschverhältnis 2) größere Fläche = mehr "Platz" für Ladungen --> spätere Sättigung. Bei gleicher Signalverarbeitung sind CCD-Sensoren ihren CMOS-Kollegen also in Sachen Dynamik ein Stück voraus. Nun haben letztere allerdings einen Trumpf im Ärmel - anders als bei CCD Sensoren können sie nicht nur linear betrieben werden (wohlgemerkt VOR der Wandlung!), sondern auch im log, oder lin/log Modus. Üblich ist vor allem letzterer, dieser Verhält sich bei geringen Intensitäten wie ein CCD, bei hohen Intensitäten tritt eine zunehmende Dämpfung auf. Damit wird nicht nur der Nachteil gegenüber CCD aufgeholt, sondern sogar ein größere Dynamik erzielt.

Wichtig hierbei: Der Versuch aus der Bittiefe auf die maximale Helligkeit zu schließen MUSS scheitern! Der Wandler gibt lediglich einen Hinweis darauf wie der Dynamikumfang im RAW-File aussehen wird. Welcher reale Dynamikumfang in diesen Adressraum gequetscht wird bleibt unbekannt.

Ich kann nur spekulieren, dass die CMOS-Sensoren z.B. in Canon-DSLR's im lin/log Betrieb arbeiten...alles andere würde mich aber sehr wundern, da CMOS-Chips sonst nur etwa 5 Blendenstufen abdecken können.

Zitat:
Es muß als das Verhältnis vom größten zum kleinsten und von Null verschiedenen Wert sein.
Nein, das wäre ja dann ne 1...Stüssi hat's schon richtig geschrieben - im Nenner steht das, was als minimal realisierbarer Wert halt rauskommt (Darkframe + weiteres Rauschen)

Geändert von chemischenk (15.08.2008 um 16:58 Uhr) Grund: ein neuer Beitrag machte die Ergänzung nötig
chemischenk ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.08.2008, 16:56   #10
LGW
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Registriert seit: 29.04.2006
Beiträge: 11.833
Standard AW: Dynamikumfang - oder der Versuch eine ewige Verwirrung aufzuklären

LGW beschafft sich erstmal Fachliteratur aus der Uni-Bibo (muss mich reinschmuggeln weil längst diplomiert, aber das wird schon ) und liest sich klug. Sobald das geschehen ist, mischt er sich auch wieder ein... dann mit Quellenangabe, um dem Wirrwarr wirksam ein Ende zu bereiten.
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dynamikumfang


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