Bildqualität bei unterschiedlichen Farbtemperaturen

[Popow]

Ich hab mir gerade sagen lassen, dass CMOS-Sensoren bei Tageslicht eine bessere Qualität haben, da sie tageslichtempfindlich sind. Daher rauschen sie bei Kunstlichtverhältnissen mehr. Stimmt das, wer hat dafür Quellen?

 

[Gast_99693]

Ganz grob erklärt, soweit ich es verstanden habe (bin offen für Korrekturen und Ergänzungen):

Das liegt daran, dass der für das Helligkeitsempfinden wichtige Grünkanal bei Tageslicht relativ gut ausgesteuert werden kann, aber bei Kunstlicht (höherer Rotanteil) weniger Licht erhält, aber für den korrekten Weißabgleich gegenüber dem Rotkanal höher gewichtet (digital verstärkt) werden muss (genau wie der Blaukanal). Dadurch verstärkt man aber auch leider das Rauschen im Grünkanal. Und zum Ausgleich insgesamt stärker Belichten würde auch nicht funktionieren, weil dadurch der Rotkanal übersteuert würde.

Ich glaube nicht, dass die Sensoren für Tageslicht "optimiert" oder "ausgelegt" sind. Es ist halt einfach so, dass die Gewichtung zwischen Rot- und Grünkanal bei normalen Tageslicht relativ "ausgeglichen" ist, aber bei sinkender Farbtemperatur der Grünkanal "benachteiligt" wird und durch den Weißabgleich am Ende "effektiv" stärker rauscht.

P.S. Ich weiß jetzt leider nicht mehr, wo ich das alles herhabe, kann also keine Quellen anbieten. Guhgel-Suche nach "sensorrauschen farbtemperatur" war auch nicht sehr ergiebig...

 

[Popow]

So in etwa hatte er mir das auch erklärt. Danke! Über andere Infos freu ich mich aber weiterhin, Quellen auch Ich schreib ne Arbeit darüber und ne Quelle für solche Informationen wär immer hilfreich...

 

[Cornea]

Es ist noch ein wenig komplizierter, wenn man RAW-Aufnahmen in die Betrachtung mit einbezieht. Der Weißabgleich ist eine Funktion, bei der die einzelnen Farbkanäle mit der Farbtemperatur entsprechenden Faktoren multipliziert werden. Da man das Bild immer nach dem Weißabgleich zu Gesicht bekommt, kann man ohne einigen Aufwand zu treiben gar nicht feststellen, welcher Kanal schon übersteuert. Das Stichwort dazu heißt uni-wb, es gibt längere Diskussionen dazu auf dp-review, einen längeren Artikel mit einer Methode zum Selbermachen und uni-wb-Dateien für verschiedene Kamera-Typen gibt es auf Guillermo Luijks Seite:
http://www.guillermoluijk.com/article/index_en.htm

Gruß
Norbert

 

[Frank Klemm]

Ganz grob erklärt, soweit ich es verstanden habe (bin offen für Korrekturen und Ergänzungen):

Das liegt daran, dass der für das Helligkeitsempfinden wichtige Grünkanal bei Tageslicht relativ gut ausgesteuert werden kann, aber bei Kunstlicht (höherer Rotanteil) weniger Licht erhält, aber für den korrekten Weißabgleich gegenüber dem Rotkanal höher gewichtet (digital verstärkt) werden muss (genau wie der Blaukanal).

Komplett falsch.

Zwischen ca. 2400 K und ca. 8000 K ist der Grünkanal der Kanal, der als erstes voll ist. Außerdem ist nur hier in Mitteleuropa Kunstlicht so furchtbar orange.

Allerdings wird die Umrechnung des Kamera-Farbraumes in den Bildfarbraum unter Berücksichtung der Beleuchtung ungünstiger, so dass vor allem das Farbrauschen (Pb bzw. U: blau-gelb) ansteigt.

 

[Otzuka]

Deshalb gibts ja auch nach dem Bayer Prinzip 2 grüne Pixel pro "hochgerechnetem Bildpixel". Wenn man sich überlegt das der "normale" Kamerasensor von 3xx bis 7xx nm Wellenlänge ausgelgt ist und man noch berücksichtigt wieviel grüner Anteil beim Tageslicht +/- einige tausende Kelvin sind und unser Auge dafür eben am empfindlichsten ist macht doch alles Sinn . Der relative Lichtstrom ist nunmal bei 350nm viel geringer als bei 700nm, deshalb muss dort auch viel verstärkt werden. Somit rauscht es halt bei einem Kunstlicht WB etwas mehr.

 

[messenger]

Ich glaub ja, daß die Annahme, bei Kunstlicht rausche es mehr, eine rein sehpsychologische Ursache hat:

Motive bei Kunstlicht haben typischerweise viel mehr schwere, kaum durchzeichnete Flächen, in denen das Rauschen dann sehr gut sichtbar wird. Weswegen die allseits beliebten Tests mit wohlausgeleuchteten Motiven bei 6.400asa nur sehr wenig über die tatsächlichen low-light-Fähigkeiten aussagen.

Vergleiche mit gleicher Lichtsituation und Motiv bei Kunst/Tageslicht haben am CMOS der D300 keine signifikanten Unterschiede gezeigt. Rot ist bei KL etwas sauberer, Blau bei TL; in der Summe eher uninteressant.

Gruß messi

 

[Otzuka]

es ist doch eher rein technisch/physikalischen Ursprungs

...von mir aus kannst du auch ne Schneelandschaft mit 1 million Glühbirnen ausleuchten. Es ändert nichts an dem Fakt das die Farbtemperatur bei ca. 3000K liegen wird und dadurch nunmal der blaue Farbkanal viel mehr verstärkt werden muss.

 

[messenger]

Hier eine Farbtafel mit Kunstlicht (3.200K) und diffusem Tageslicht (ca. 6.500K) bei gleichen 3.200asa fotografiert und im RAW neutralisiert.

Nicht 100% wissenschaftlich, aber ein deutlicher Fingerzeig, daß die Unterschiede eher gering sind. Natürlich ohne Entrauschung.

Gruß messi

 

[Otzuka]

Selbst bei diesem Vergleich finde ich schon das man den Unterschied deutlich sieht. Natürlich keine 10 Blenden Unterschied, aber dennnoch. Es ist halt nunmal so das der blaue Farbkanal immer mehr verstärkt werden muss als die restlichen und wenn dann noch die Farbtemperatur sinkt wirds umso stärker.

 

[Gast_99693]

Zwischen ca. 2400 K und ca. 8000 K ist der Grünkanal der Kanal, der als erstes voll ist.

Ok, leuchtet ein, das ist ja schließlich der dominante Wellenlängenbereich, auch bei Kunstlicht - Denkfehler meinerseits. Also liegt es dann wenn ich es richtig verstanden habe an der Verstärkung *) des Blaukanals?

Und wenn es wirklich nur der Blaukanal ist und dadurch hauptsächlich Farbrauschen erzeugt wird, liege ich dann damit richtig, dass es dann deshalb relativ unkritisch ist (und auch noch nie groß diskutiert wurde), weil man Farbrauschen sehr gut und ohne Artefakte unterdrücken kann, und das auch meistens sowohl bei OOC-Bildern als auch bei RAW-Konvertern (z.B. haben die ACR-Defaults schon eine relativ hohe Farbrauschreduzierung) so gemacht wird?

*) "Verstärkung" jetzt als Simplifizierung der komplexen Umrechnungen von WB, Demosaicing und Konvertierung in sRGB etc. via Kameraprofil.

 

[Otzuka]

Das ist aber ganz weit danebengegriffen!
Eine Glühlampe (2600K) z.B. hat ihr maximum im infraroten Bereich. Wo das Grün sein maximum hat ist nun wirklich unter Tageslicht bei 555nm = 5500K +/- 1000K. Desweiteren sind die normalen Kamerasensoren ca. linear von 0,5x bei 3xx nm bis 1,0x bei 7xx nm empfindlich. Deshalb ist der blaue Kanal stehts der Leidtragende.

 

[Gast_99693]

Hmmm... da scheint es jetzt aber widersprüchliche Angaben zu geben. Laut dieser Seite hier: http://www.colordesign.at/Seiten/daslicht.html wird bei einer Glühbirne Rot und Grün in etwa gleich stark emittiert. Es gibt aber auch andere Seiten, wo das anders dargestellt wird und eher Deiner (Otzukas) Aussage entspricht, z.B. http://www.osram.ch/osram_ch/DE/Lic..._Lichterzeugung/Temperaturstrahler/index.html.

Oder kommen die Unterschiede daher, dass man die Empfindlichkeitskurve des menschlichen Auges mit berücksichtigt bzw. nicht? Muss man das machen? Bin jetzt verwirrt...

 

[Otzuka]

Überleg doch mal logisch, bei der Glühbirne glüht ein Draht wie der Name schon sagt. Desweiteren wird sie sehr warm, weil sie ja eben nur einige Prozent der Energie in Licht umwandelt, der Rest ist wärme und Infrarotstrahlung ist warm
...such mal einfach im Netz nach dem Spektrum verschiedener Lichtquellen, da wirst es gut erkennen.

edt: http://www.nuconverter.de/spektraldatapage.html beim 3. letzten Schaubild der Halogenlampe (nicht weit weg der Glühlampe) kannst du es sehr gut erkennen.

 

[Gast_99693]

Stimmt, vom Wirkungsgrad der Glühbirne her scheint das logisch (noch gar nicht daran gedacht). Aber woher kommen dann solche Spektren wie oben im ersten Link? Und das war nicht der einzige Artikel, der das so dargestellt hat....

Nachtrag: Ok, dann gucken wir mal in die Wikipedia, die Quelle der Wahrheit : http://de.wikipedia.org/wiki/Schwarzer_Strahler, in der Annahme, das Sonne und Glühlampe als schwarzer Strahler approximiert werden. Demnach unterscheiden sich Glühbirne und Tageslicht nicht soooo dramatisch. Es stimmt zwar, dass das Maximum der Glühbirne im (nahen) Infrarot liegt, aber das Tageslicht hat auch jede Menge Infratoranteil (da nehmen sich beide nicht viel), nur dessen Maximum liegt eben mitten im sichtbaren Spektrum. Der Unterschied der Gewichtung zwischen (sichtbarem) Rot und Grün ist nicht so gewaltig groß (aber schon vorhanden) - deutlicher dagegen schon der Unterschied im blauen Bereich (sieht man gut im zweiten Diagramm mit eingeblendetem sichtbaren Bereich).

 

[Popow]

Leute, ihr seid super

 

[Stuessi]

herausgegriffene alte eigene Messwerte (jeweils 12 Bit R/G/B) mit Dynax7D, weißer Karton, Beleuchtung mit ...
Glühlampe:1740/1480/407
Tageslicht (sonnig) 1200/1470/690
bedeckter Himmel 590/1523/1346

Im Anhang die Analyse einer Orwo-Farbtafel bei Blitzbeleuchtung.

 

[Gast_99693]

Zwischen ca. 2400 K und ca. 8000 K ist der Grünkanal der Kanal, der als erstes voll ist.

Glühlampe:1740/1480/407

Hmmm... das widerspricht sich jetzt aber

Bzw. Stuessis Messwerte entsprechen grob den erwarteten Werten bei Schwarzkörperstrahlung.

Übrigens haben wir eine Sache bisher noch vergessen (sie wurde von Otzuka schon angedeutet), nämlich welchen Einfluss das Demosaicing auf das Rauschen hat, schließlich werden dabei vier RGGB-Pixel auf ein Zielpixel gerechnet, und da könnte sich je nach Algorithmus eine veränderte R/G/B-Gewichtung anders auswirken. Es gibt glaube ich auch noch die zwei Möglichkeiten, den Weißabgleich vor oder nach dem Demosaicing zu machen (weiß leider nicht mehr, wo ich das gelesen habe), was wahrscheinlich auch wieder Unterschiede ergibt.

Naja, im Endeffekt glaube ich, das sind zwar alles interessante theoretische Überlegungen (vielleicht für Sensor- oder Software-Entwickler), aber rein praktisch scheinen die Auswirkungen wohl nicht so groß zu sein (siehe auch Post von messenger). Und Rauschen wird ja sowieso überbewertet

 

[Stuessi]

Hier noch eine Belichtungsreihe bei Glühlampenlicht und meine Analyse der spektralen Empfindlichkeit des Sensors der Dynax 7D.

 

[Graukater]

Wenn ich das richtig sehe, clippen zuerst die drei Farbfelder im 'Gelbgrün' (unterste Reihe, Bild ganz links) - vermutlich als Folge von (partieller) Überbelichtung. Dort sind keine Farbinformationen mehr zu sehen; ich vermute der Konverter hat sie einfach auf den entsprechenden Grauwert gebügelt?

Gruß, Graukater