Digitaler Graufilter?

[Marc-O]

So als normalsterblicher Fotoknipser fragt man sich, warum noch kein
Kamerahersteller auf die Idee gekommen ist ein digitalen Graufilter in
seine DSLR einzubauen.
Also ISO Werte von 10 oder 1.
Sollte doch technisch nicht wirklich schwer zu realisieren sein, oder?
Einfach nur das Sensorsignal schwächer auswerten. Was spricht dagegen?

 

[Sanakan]

Stell dir ein Sensor einfach wie ein Eimer vor. Wenn nur sehr wenig Wasser reingelaufen ist, kann man leicht das bisschen Wasser multiplizieren (höhere ISO). Aber wenn viel zu viel Wasser reingelaufen ist, kann man nichtsmehr machen, weil der Eimer schon lange übergelaufen ist. Das ist auch der Grund warum die kleinen Kompakten mit vielen MP und winzigen Pixeln oft garkeine ISO 100 haben.

 

[Ruler_of_the_Thirds]

Bei manchen E-Systemkameras von Olympus - wie der E-500 - kann man über das (geheime) Servicemenü ISO 50 einstellen.
Ich habe letztens selbst einige Aufnahmen mit dieser Einstellung gemacht. Festzustellen ist, dass der Dynamikumfang viel geringer als bei ISO 100 ist. Lichter gehen viel schneller in weiss über. Immerhin ist das Grundrauschen noch etwas geringer als bei ISO 100.
Es macht also Sinn, dass man dieses Feature nicht offiziell zur Verfügung stellt. Die Ergebnisse befriedigen nicht wirklich.

Man müsste wohl erst einen ganz neuen Sensor für ISO 50 oder noch geringere Empfindlichkeiten konstruieren.

 

[Marc-O]

Schade eigentlich.
Danke für eure Antworten.

 

[Didl]

Bei der 5D gibts auch die Geheimfunktion Iso50. Das funktioniert, indem die Camera trotzdem mit einer Empfindlichkeit von iso 100 belichtet, aber doppelt solange belichtet (überbelichtet), und dann Camera-intern das Bild wieder abdunkelt. Das Rauschen wird dadurch natürlich weniger, da dunke Bildbereiche ja fast doppelt als "notwendig" belichtet wurden und dann wieder abgedunkelt werden, so dass das Rauschen nochmals weniger sichtbar wird. Das führt dann aber eben auch dazu, das Bildbereiche, die heller sind, leider überbelichtet sind, und der dynamische Bereich ist damit dann schlechter.
Das ist auch der Grund, warum diese iso50 Einstellung nur eher umständlich durchs Menü einzustellen ist, und nicht über ein Wählrad an der Camera, wie schon auch Ruler_of_the_Thirds erwähnt hat.

mfG Didl

 

[mauerhuhn]

Bei der 5D gibts auch die Geheimfunktion Iso50. Das funktioniert, indem die Camera trotzdem mit einer Empfindlichkeit von iso 100 belichtet

Es gibt keine unterschiedlichen "Belichtungsempfindlichkeiten". Wie schon in einem vorigen Posting geschrieben: Der "Eimer" läuft bei einer bestimmten Lichtmenge immer gleich schnell voll, darauf hat die Elektronik keinen Einfluss. Die ISO-Empfindlichkeit ist eine reine Rechenoperation auf den Daten, die der Sensor ausspuckt (dem "Füllstand" des Eimers).

... aber doppelt solange belichtet (überbelichtet), und dann Camera-intern das Bild wieder abdunkelt.

Das kriegst Du auf jedem digitalen Fotoapparat ganz einfach mit der Belichtungskorrektur und nachträglichem Abdunkeln in Deinem EBV-Programm hin. Nix besonderes.

 

[Thunderclap]

Das kriegst Du auf jedem digitalen Fotoapparat ganz einfach mit der Belichtungskorrektur und nachträglichem Abdunkeln in Deinem EBV-Programm hin. Nix besonderes.

edit: *gelöscht* (hab grad kapiert was du meintest)

Fazit: ein physischer Graufilter lässt sich derzeit digital nicht ersetzen (vielleicht, wenn die Sensoren mal noch 3-4 Blenden mehr Dynamikumfang haben)

 

[Dr. Seltsam]

Hallo,

die gute alte Canon G3 hat einen zuschaltbaren Graufilter. Ganz nützlich um z. B.
bei zu viel Licht besser freistellen zu können.

Gruß
Klaus

 

[antolari]

Hallo,

die gute alte Canon G3 hat einen zuschaltbaren Graufilter. Ganz nützlich um z. B.
bei zu viel Licht besser freistellen zu können.

Gruß
Klaus

Dieser ist aber auch kein digitaler, sondern auch ein physischer.
Er wird bei bedarf vor den CCD geschwenkt.

Zitat aus dem Test von Digitalkamera.

"BULB-Langzeitbelichtungen sind mit der G3 nicht möglich; dafür verfügt sie als einzige Digitalkamera auf dem Markt über einen eingebauten ND-Neutraldichte-Filter, der sich auf Kommando vor den CCD schiebt (mit einem leichten Klicken hörbar) und die Helligkeit um rund ein Achtel reduziert."

 

[AEB]

Die ISO-Empfindlichkeit ist eine reine Rechenoperation auf den Daten, die der Sensor ausspuckt (dem "Füllstand" des Eimers).

Soweit ich weiß ist es die Verstärkung der Sensorausgabe vor der Digitalisierung. Na gut, das ist eine Rechenoperation in analoger Elektronik...

 

[Frank Klemm]

Zitat aus dem Test von Digitalkamera.

"BULB-Langzeitbelichtungen sind mit der G3 nicht möglich; dafür verfügt sie als einzige Digitalkamera auf dem Markt über einen eingebauten ND-Neutraldichte-Filter, der sich auf Kommando vor den CCD schiebt (mit einem leichten Klicken hörbar) und die Helligkeit um rund ein Achtel reduziert."

Das sind ja gerade mal 0,2 Blendenstufen, wenn die Helligkeit um rund ein Achtel reduziert wird. Halte ich nicht für sinnvoll.

 

[Thunderclap]

Das sind ja gerade mal 0,2 Blendenstufen, wenn die Helligkeit um rund ein Achtel reduziert wird. Halte ich nicht für sinnvoll.

gemeint war wohl AUF 1/8 - also 3 Blenden... Weniger würde kaum Sinn machen

 

[kapege.de]

Das ist auch der Grund, warum diese iso50 Einstellung nur eher umständlich durchs Menü einzustellen ist, und nicht über ein Wählrad an der Camera, wie schon auch Ruler_of_the_Thirds erwähnt hat.

Nein, Du musst die Funktion nur einmal in den Individualfunktionen freischalten, dann kannst Du sie - wie ISO 3.200 auch - einfach wie auch die anderen ISOs herdrehen.

 

[mauerhuhn]

Soweit ich weiß ist es die Verstärkung der Sensorausgabe vor der Digitalisierung. Na gut, das ist eine Rechenoperation in analoger Elektronik...

Hmm, ich denke eher, dass die Verstärkung auf der digitalen Seite passiert (d.h.: Multiplikation), denn der A/D-Wandler ist i.d.R. perfekt auf den maximalen (und unveränderlichen) Wertebereich des Sensors abgestimmt.

Die A/D-Wandler quantisieren das kontinuierliche Eingangssignal auf eine begrenzte Anzahl konkreter Werte (z.B. 256), und hier ist es sinnvoll, den Dynamikbereich des Wandlers *immer* maximal auszunutzen -- unabhängig von der ISO-Einstellung.

Wenn ich bei niedrigen ISO-Einstellungen nur einen kleinen maximalen Wert an die Wandler geben würde, hätte ich ja auch bei voller Ausnutzung der Sensor-Dynamik die Wandlerdynamik nur zum Bruchteil ausgenutzt. Zum Rauschen des Sensors würde dann (da ich nach der A/D-Wandlung das Signal ja trotzdem noch hochziehen muss) noch die viel gröbere Werteabstufung durch die schlechte Wandlerausnutzung hinzukommen.

 

[Gast_15543]

Hallo!
Ich vermute da eher das die Referenzspannung des AD-Wandlers geändert wird so das er eimal z.B. bei 200 mV den Wert 256 ausgiebt und im anderen Fall schon bei 100mV.
Aber das ist nur eine Vermutung, kein Wissen!
Viele Grüsse Pet46

 

[AEB]

Hmm, ich denke eher, dass die Verstärkung auf der digitalen Seite passiert (d.h.: Multiplikation), denn der A/D-Wandler ist i.d.R. perfekt auf den maximalen (und unveränderlichen) Wertebereich des Sensors abgestimmt.

Die A/D-Wandler quantisieren das kontinuierliche Eingangssignal auf eine begrenzte Anzahl konkreter Werte (z.B. 256), und hier ist es sinnvoll, den Dynamikbereich des Wandlers *immer* maximal auszunutzen -- unabhängig von der ISO-Einstellung.

Ja eben — deshalb der Verstärker vor dem Wandler. Was aus dem Sensor kommt ist ja immer das selbe. Die ISO-Werte über dem minimalen entstehen erst durch die Verstärkung (bzw. der ISO-Wert ist die Einstellung der Verstärkung). Was du meinst mit Multiplikation erst auf der digitalen Seite heißt ja nichts anderes als eine unterbelichtete ISO 100 (oder was halt der Sensor bringt) Aufnahme aufzuhellen.

Und was da rauskommt kannst du dir ja vorstellen oder leicht in der EBV mit dem Helligkeitsregler ausprobieren: Ein Bild mit vielen sichtbaren Farbstufen. Eben weil, wie du richtig erkannt hast, nur ein kleiner Wertebereich des A/D-Wandlers genutzt würde. Mit der Verstärkung wird der Wandler voll genutzt, dafür entsteht Rauschen, je Verstärkung desto mehr.

Nebenbei haben die meisten DSLR 14 Bit Wandler (16384 Stufen) am Sensor hängen und speichern zumindest RAW in 12 Bit (4096 Stufen).

 

[mauerhuhn]

Ja eben — deshalb der Verstärker vor dem Wandler. Was aus dem Sensor kommt ist ja immer das selbe. Die ISO-Werte über dem minimalen entstehen erst durch die Verstärkung (bzw. der ISO-Wert ist die Einstellung der Verstärkung). Was du meinst mit Multiplikation erst auf der digitalen Seite heißt ja nichts anderes als eine unterbelichtete ISO 100 (oder was halt der Sensor bringt) Aufnahme aufzuhellen.

Und was da rauskommt kannst du dir ja vorstellen oder leicht in der EBV mit dem Helligkeitsregler ausprobieren: Ein Bild mit vielen sichtbaren Farbstufen. Eben weil, wie du richtig erkannt hast, nur ein kleiner Wertebereich des A/D-Wandlers genutzt würde. Mit der Verstärkung wird der Wandler voll genutzt, dafür entsteht Rauschen, je Verstärkung desto mehr.

Nebenbei haben die meisten DSLR 14 Bit Wandler (16384 Stufen) am Sensor hängen und speichern zumindest RAW in 12 Bit (4096 Stufen).

Äh...also:

Wir legen fest: Der Eimer läuft bei ISO 100 und sagen wir mal einem Lichteinfall von 1000 [Lichteinfallseinheiten / ms ] in 1ms (1/1000s) voll, d.h. hier habe ich dann gerade "Weiß" erreicht.

Wenn ich jetzt bei schlechteren Lichtverhältnissen knipse, sagen wir mal nur noch bei 10 [Licht/ms], dann müsste ich entweder den Verschluss 100mal so lange offen lassen, was zu 1/10s Verschlusszeit führte. Oder -- wenn ich bei der gleichen Verschlusszeit bleiben will -- drehe ich die ISO (d.h. den analogen Verstärker des Sensor-Signals) so hoch, dass er 100fach verstärkt und ich am A/D-Wandler bereits nach 1/1000s die volle Signalstärke anliegen habe, da ich den nur zu einem 100stel gefüllten Eimer jetzt als "voll" betrachte (und damit ist natürlich auch das Rauschen 100mal so hoch .)

--> Stimmt, ich glaube Du hast recht , die Verstärkung muss auf der analogen Seite erfolgen.

 

[Tom.]

Das Eimer-Beispiel geht nach meinem Verständnis etwas in die falsche Richtung - aber ich lass mich da gerne verbessern:

Prinzipiell:
Wenn Licht auf den Sensor fällt, dann füllt sich quasi der Eimer. Der ISO-Wert gibt dann an, ab welcher Menge Wasser der Eimer als voll gewertet wird - dann gibt es ein Sensor-Signal (viele Signale -> hell / wenig Signale -> dunkel).

a)
Hohe ISO-Werte bedeuten dann, dass schon wenig Wassser ausreicht um ein Sensor-Signal zu erzeugen. Der Eimer ist "empfindlicher" eingestellt. Kleine Tropfen machen einen Unterschied und ein Eimer ist schnell durch Störeffekte wie z.B. Spritzwasser voll ("Sensor-Rauschen").

b)
Niedrige ISO-Werte bedeuten analog einen sehr hohen Eimer. Erst wenn viel Wasser drin ist, wird ein Sensor-Singnal ausgelöst. Spritzwasser macht keinen so starken Unterschied (Rauschen ist geringer).

Super-Niedrige ISO Werte bedeuten letzlich, dass man sehr lange warten muss, bis ein Signal ausgelöst. Der Eimer muss entsprechend groß sein. Bei "ISO 1" wird es sehr sehr lange nichts passieren - es gibt also auch sehr lange kein Sensorsignal.

-> Man könnte doch solche Eimer bauen und Graufilter ersetzen?

Warum dennoch Graufilter?
Ich denke, dass es technisch schwierig ist, den Eimer - sprich die Elektronik - so zu gestalten, dass sie rießige Bandbreiten an ISO abdecken. Der Eimer - letztlich ein Speicher für elektr. Energie - muss ja immer größer werden. Mit jeder Blende muss er verdoppelt werden - das geht exponentiell, d.h. 10 Blenden bedeuten einen 500x größeren Speicher/Eimer. Bei ISO 3,215 müsste der Eimer schon 5x mehr elektrische Energie speichern und 32x größer sein, um ein Digitalsignal zu erzeugen.

Jetzt muss man sehen, dass manche Graufilter 10 oder sogar 20 Blendenstufen abdecken - die Eimervergrößerung geht in die Millionen!

Gleichzeitig gibt es eben sehr viele Eimer nebeneinander auf realtiv wenig Sensorfläche. Und viel Energie speichern bedeutet auch immer Wärme und dadurch wird es sicher auch andere Rausch-Effekte geben.

Ich denke, dass diese technischen Schwierigkeiten letztlich der Grund sind, warum optische Graufilter dies Standard-Lösung sind und warum die Sensoren diese Fähigkeit nicht haben.

Wahrscheinlich ist es sogar prinzipiell technisch machbar, nur wird sich der Entwicklungsaufwand für diesen "Nischeneinsatz" kaum lohnen (so toll auch ich diese Funktion finde).

Zudem fragt der Anwendermarkt eher nach höheren ISO-Werten (bei guter Bildqualität) -> siehe die neue 1D MK3 und einen optischen Graufilter für EUR 40,- muss man erstmal preislich schlagen ;-)


Ich hoffe ich konnte verständlich erläutern, warum der bewährte Graufilter noch immer der Standard ist.

Beste Grüße!
Thomas

___
www.sportsshooter.de

 

[AEB]

Das Eimer-Beispiel geht nach meinem Verständnis etwas in die falsche Richtung - aber ich lass mich da gerne verbessern:

Prinzipiell:
Wenn Licht auf den Sensor fällt, dann füllt sich quasi der Eimer. Der ISO-Wert gibt dann an, ab welcher Menge Wasser der Eimer als voll gewertet wird - dann gibt es ein Sensor-Signal (viele Signale -> hell / wenig Signale -> dunkel).

a)
Hohe ISO-Werte bedeuten dann, dass schon wenig Wassser ausreicht um ein Sensor-Signal zu erzeugen. Der Eimer ist "empfindlicher" eingestellt. Kleine Tropfen machen einen Unterschied und ein Eimer ist schnell durch Störeffekte wie z.B. Spritzwasser voll ("Sensor-Rauschen").

Ich kenne aber keine Möglichkeit, die Empfindlichkeit oder die Eimergröße ("full well capacity") eines CCD zu ändern. Beide sind konstruktionsbedingt.

Aus dem Sensor kommt bei ISO 100 und ISO 1600 das selbe raus. Die ISO-Einstellung hat darauf schlicht keinen Einfluss sondern bestimmt die Verstärkung des Signals vor der Digitalisierung.

b)
Niedrige ISO-Werte bedeuten analog einen sehr hohen Eimer. Erst wenn viel Wasser drin ist, wird ein Sensor-Singnal ausgelöst. Spritzwasser macht keinen so starken Unterschied (Rauschen ist geringer).

Super-Niedrige ISO Werte bedeuten letzlich, dass man sehr lange warten muss, bis ein Signal ausgelöst. Der Eimer muss entsprechend groß sein. Bei "ISO 1" wird es sehr sehr lange nichts passieren - es gibt also auch sehr lange kein Sensorsignal.

Ein Sensorsignal gibt es immer, dann wenn der CCD ausgelesen wird. Da wird nicht gewartet, ein CCD ist ja auch nur ein Element, das ganz viele Ladungen speichert und steuerbar transportiert.

Durch die full well capacity eines Pixels (die "Eimergröße") ist die minimale Empfindlichkeit bestimmt. Soll sie geringer werden, muss diese Kapazität bei Entwurf und Herstellung erhöht werden, oder aber die Lichtempfindlichkeit herabgesetzt werden (wodurch wiederum mehr Rauschen auftritt bei höheren Empfindlichkeiten).

Andererseits sollte der Ersatz eines Graufilters/niedrigerer Empfindlichkeit möglich sein, indem mehrere Belichtungen gemacht und aufaddiert werden. Also z.B. 10 Belichtungen mit 1 s entspricht einer Belichtung mit 10 s. Dadurch wird die Eimergröße praktisch verzehnfacht, da sie immer wieder geleert (und ihr Füllstand aufgezeichnet) werden bevor sie volllaufen. Nachteil ist halt, dass die Belichtung unterbrochen ist und das bei Bewegungsunschärfe sichtbar wird.

 

[fotohobbit]

ich hab auch schon mal an einen digitalen graufilter gedacht, aber in anderer weise: man platziert eine lcd-matrix in der gleichen auflösung wie der sensor vor den sensor und könnte damit entweder den gesamten bereich in stufen abdunkeln oder nur teilbereiche -> damit hätte man ein digitales grauverlaufsfilter!

das ganze scheitert wohl daran dass es noch keine lcds in dieser kleinen auflösung gibt und dass wohl das bild vielleicht doch schon zu stark beeinträchtigt wird, wenn die lcd-matrix eigentlich durchsichtig geschaltet ist.