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Dynamikumfang - oder der Versuch eine ewige Verwirrung aufzuklären

Nun, zwei sehr empfehlenswerte Bücher wären da - zumindest, was den Audiosektor angeht - "Principles of Digital Audio" von Ken C. Pohlmann sowie "Mastering Audio: The Art and the Science" von Bob Katz. Inwieweit das alles auf Bilder übertragbar ist, interessiert mich selber, weshalb ich das auch in diese Diskussion hier einbringen wollte - vermutlich wohl leider zu spät, obwohl der Thread noch gar nicht so "alt" ist.

Davon abgesehen mag "Fachliteratur" zwar dendenziell verifizierter und fundierter sein, doch birgt auch der verpönte "Internetmüll" ab und zu tiefgehende Informationen, die in kaum einer käuflich zu erwerbenden Drucksache zu finden ist. Wer um den Mist weiß, der allmonatlich in sogenannten "Hifi-Fachzeitschriften" verzapft wird, sieht die ach so fachlichen Quellen etwas kritischer.
 
Ich brauche was wissenschaftliches, der Autor sollte also wenigstens einen Master oder Dr. vor dem Namen stehen haben. Halt etwas, was wissenschaftlich zitierfähig ist. Alles andere interessiert mich ehrlich gesagt nicht... Pohlmann hat glaub' ich keine, aber div. Studiengänge in der Richtung selbst gegründet, IIRC... :ugly:

Mal schauen.
 
@morid:

Was hattet ihr schon mal?

Dass der Dynamikumfang irgendwas mit der Abstufung zu tun hat. Hat er nicht.

Ich zitiere mal (sorry, english):
We define the dynamic range of the signal as x_max - x_min. In our example we have x_max =1, x_min =0, and L=11, which leads to delta = 0.1. Note that if the dynamic range is fixed, increasing the number of quantization levels, L results in a decrease of the quantization step size
Aus: Seite 35, J. G. Proakis and D. G. Manolakis, Digital Signal Processing: Principles, Algorithms, and Applications. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 3rd ed., 1996.

Beide Autoren haben übrigens PhDs und sind als Professoren tätig. Das Buch ist gängiges Lehrbuch zum Thema Signalverarbeitung und gut angesehen.

Einige Anmerkungen:
- x_max und x_min sind die maximal und minimal vorkommenden Werte in einem Signal.
- L ist die Anzahl der Quantisierungsstufen (hier: ~3.5 bit)
- delta ist die Hoehe der Quantisierungsstufen
- in dem erwähnten Beispiel geht es um ein Signal x(n) nach einer Quantisierung. Es trifft aber ebenso zu auf ein Signal der Form x(n,m), dabei können wir n und m als Koordinaten eines Pixels auf einem Kamerasensor und x als gemessenen Wert der Lichtstärke interpretieren.

Und welche Schlussfolgerungen sich daraus ziehen lassen (mit Dynamik Range = Dynamikumfang):
- die Dynamik Range ist definiert als grösster Wert minus kleinstem Wert im Signal
- Es ist möglich die Anzahl der Quantisierungsstufen zu ändern ohne die Dynamic Range zu ändern!

Ich halte das so wie die Herren Proakis und Manolakis. Wer die Dynamik Range anderst definieren möchte kann das gerne tun.
 
Zuletzt bearbeitet:
Ich brauche was wissenschaftliches, der Autor sollte also wenigstens einen Master oder Dr. vor dem Namen stehen haben. Halt etwas, was wissenschaftlich zitierfähig ist. Alles andere interessiert mich ehrlich gesagt nicht... Pohlmann hat glaub' ich keine, aber div. Studiengänge in der Richtung selbst gegründet, IIRC... :ugly:

Mal schauen.

Ich möchte annehmen, dass es sich hierbei um Satire handelt. Wenn ja, super! Wenn doch nicht, will ich folgendes entgegnen:

Als ob ein Doktor im Titel ein Garant für Qualität wäre. Ich will nicht wissen, wieviel Voodoo-Schwachsinn allein in der Hifi-Szene von irgendwelchen Wichtigtuern mit entsprechendem Titel ausgetüftelt wurde. Ich sag nur "Dr. Schrott und seine Kantenabschrägung bei CDs zur angeblichen Qualitätsverbesserung". Tja, hin und wieder bürgt der Name wohl doch für "Qualität". ;)

Dass der Dynamikumfang irgendwas mit der Abstufung zu tun hat. Hat er nicht.

Schön, dass deine Antwort diesmal ein wenig ausführlicher ausfällt. :p
Ich fürchte, indirekt hat er das (leider) doch.

Und welche Schlussfolgerungen sich daraus ziehen lassen (mit Dynamik Range = Dynamikumfang):
- die Dynamik Range ist definiert als grösster Wert minus kleinstem Wert im Signal

Hier bitte ich um weitere Erklärung. Ich war der Annahme, dass sich inzwischen alle einig seien, dass sich der Dynamikumfang aus dem Quotienten des Maximal- und Minimalwerts ergibt und nicht aus der Differenz. :confused:

Nehmen wir mal an, wir haben ein Musikstück, dass an der lautesten Stelle den Wert 256 erreicht und an der leisesten 1 (Nullstellen sowie negative "Membranauslenkungen" mal außer Acht gelassen). Nun verstärkst du dieses Signal und lässt es z.B. doppelt so laut werden. Wir hätten dann nach deiner Definition 512 - 2, was wohl kaum der ursprünglichen Dynamik enspricht. Diese ändert sich jedoch durch Lautstärke (oder Helligkeitsänderung beim Bild) definitv nicht.

- Es ist möglich die Anzahl der Quantisierungsstufen zu ändern ohne die Dynamic Range zu ändern!

Und was ist mit dem Quantisierungsrauschen, das bei geringerer Anzahl der Quantisierungsstufen nachweislich zunimmt? Das begrenzt dir nämlich nach unten hin (mehr oder weniger, siehe das Dither-Thema) den Dynamikumfang.

Anhang (Zitate können wohl nicht wiederum automatisch zitiert werden):

Dein englisches Zitat zielt wohl darauf ab, dass die Schrittweite der Quantisierungsstufen mit deren Abnahme indirekt proprotional ansteigt - logisch, denn um denselben Bereich zwischen Laut und Leise abzudecken, muss man das ganze natürlich mehr "in die Länge ziehen". Aufgrund der Rundungsfehler kann die Sache mit dem Dynamikumfang dennoch nicht hinhauen, da durch das eingebrachte Quantisierungsrauschen eben die Details versinken, die man über die großzügige "Spreizung" erfassen wollte.
 
Hier bitte ich um weitere Erklärung. Ich war der Annahme, dass sich inzwischen alle einig seien, dass sich der Dynamikumfang aus dem Quotienten des Maximal- und Minimalwerts ergibt und nicht aus der Differenz. :confused:
[...]
Nehmen wir mal an, wir haben ein Musikstück, dass an der lautesten Stelle den Wert 256 erreicht und an der leisesten 1 (Nullstellen sowie negative "Membranauslenkungen" mal außer Acht gelassen). Nun verstärkst du dieses Signal und lässt es z.B. doppelt so laut werden. Wir hätten dann nach deiner Definition 512 - 2, was wohl kaum der ursprünglichen Dynamik enspricht. Diese ändert sich jedoch durch Lautstärke (oder Helligkeitsänderung beim Bild) definitv nicht.
Mit einem Quotient benötigt man bei Vergleichen nicht mehr x_min anzugeben, ist im Prinzip aber das Gleiche.
Ok, ich definiere hier somit einen absoluten und einen relativen Dynamikumfang. Beide beschreiben den gleichen Sachverhalt mit Augenmerk auf unterschiedlichen Eigenschaften.
Wie gesagt, ich schließe mich hier der Definition von Proakis und Manolakis an, denn das ist allgemein, zumindest im Bereich der Signalverarbeitung anerkannt. Als Differenz oder als Quotient angegeben, egal - das sieht man ja an der Einheit der angegebenen Größe. Und so flexibel bin ich dann schon. :cool:

Signal mit x_min = 1V, x_max = 5V, (absoluter) Dynamikumfang = 4V.
Signal mit x_min = 2V, x_max = 10V, (absoluter) Dynamikumfang = 8V.

Beide Signale haben einen (relativen) Dynamikumfang von ~7dB.
Hier sehe ich kein Problem.
(Anmerkung: Ich verwende hier: dB = 10 log10(x_max/x_min) )

Zusammenhang: absoluter Dynamikumfang + x_min = relativer Dynamikumfang * x_min

Aufgrund der Rundungsfehler kann die Sache mit dem Dynamikumfang dennoch nicht hinhauen, da durch das eingebrachte Quantisierungsrauschen eben die Details versinken, die man über die großzügige "Spreizung" erfassen wollte.
Die Details spielen für den Dynamikumfang keine Rolle. Deswegen spielt auch das Quantisierungsrauschen keine Rolle. Das würde bei der Dynamikauflösung (nächste Diskussion?) eine Rolle spielen.

Zum Thema Definitionen: Wie fängt ein Mathematiker eine Schafherde?
Er baut einen Zaun um sich und definiert sich selbst als außen...
 
Zuletzt bearbeitet:
Als ob ein Doktor im Titel ein Garant für Qualität wäre. Ich will nicht wissen, wieviel Voodoo-Schwachsinn allein in der Hifi-Szene von irgendwelchen Wichtigtuern mit entsprechendem Titel ausgetüftelt wurde.

Ein Titel ist wahrlich kein Garant für Qualität. Und die Erfahrung zeigte, daß man beim Thema "Dynamikumfang" garantiert jede Qualität vergessen kann, wenn ein jeder Halbwissende erklärt, wie er sich mit viel Phantasie konstruiert, wie es denn sein müßte.

Daher hatte ich dieses Problem bereits in der Einleitung zu diesem Thread erwähnt und dieser Ansatz erfuhr viel unausgesprochene, aber spürbare Unterstüzung. Man bedenke nur, wie viele Teilnehmer der Disussion kurz den Hintergrund ihres Wissen erläutert haben.

Gruß
frechBengel

We define the dynamic range of the signal as x_max - x_min. In our example we have x_max =1, x_min =0, and L=11, which leads to delta = 0.1. Note that if the dynamic range is fixed, increasing the number of quantization levels, L results in a decrease of the quantization step size

Ich habe ja nicht denGesamttext vorliegen, aber mir erscheint diese Formulierung so als würden Proakis und Manolakis für dieses Beispiel den Dynamikumfang als Differenz definieren. Mit x_min=0 wäre der Quotient auch eine bittere Enttäuschung. - Vielleicht muß man vorher verstehen, was Dynamikumfang bedeutet, um zu verstehen, warum man ihn für dieses Beispiel (welches das auch immer ist und was sie damit zeigen wollen) als Diff definieren kann.

PS: Ich komme aus einer ganz anderen Fachrichtung: Philosophie. Hier passiert es auch Professoren in Artikeln von Fachlexika, daß sie einem Zitat auf den Leim gehen. - Kant fragt: Was ist Wahrheit? (KdrV, B82 ff.) und gibt darauf eine Antwort. Anschließend macht er sich über diese Antwort lustig und erklärt später, warum die Frage schon ungereimt ist und beweist ihre Unzulässigkeit. In einem Fachlexikon zur Wissenschaftsteorie aber zitiert ein Prof. gerade diese Antwort als "Kant versteht unter Wahrheit.."
 
Zuletzt bearbeitet von einem Moderator:
...
Ich zitiere mal (sorry, english):

Aus: Seite 35, J. G. Proakis and D. G. Manolakis, Digital Signal Processing: Principles, Algorithms, and Applications. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 3rd ed., 1996.
Vielleicht stimmt das einfach nicht:
...(mit Dynamik Range = Dynamikumfang)...

Ich sehe hier das Problem, dass wir versuchen etwas zu definieren (oder eine unseren Vorstellungen entsprechende Defintion zu finden) von dem wir nicht einmal genau wissen was es ist.

Edit:
Als "Literatur" zum Thema Dynamic Range habe ich hier noch 2 Papers.
Sie definieren DR zwar nicht, befassen sich aber immerhin mit HDR:
Debevec, Malik 1997
Robertson 1999

criz.
 
Zuletzt bearbeitet:
Ok, ich definiere hier somit einen absoluten und einen relativen Dynamikumfang.

Ich galube wir ersticken langsam in einander widersprechenden Definitionen. Leider ist der zitierte Satz völlig aus dem Zusammenhang gerissen. Ich vermute mal, dass in diesem Buch mit Werten gerechnet wird, die in dB ausgedrückt werden, und eine Subtraktion von logarithmierten Werten entspricht der Division der eigentlichen Werte.
 
Zuletzt bearbeitet von einem Moderator:
so nun sind wieder viele Seiten ins Land gegangen ... ist die ewige Verwirrung denn nun aufgeklärt?

Ich meine, kann man mit den Ergebnissen jetzt schon was dazu sagen, wie man den Dynamikumfang eines Bildes optimal auf die Karte bekommt?
 
so nun sind wieder viele Seiten ins Land gegangen ... ist die ewige Verwirrung denn nun aufgeklärt?

Ich meine, kann man mit den Ergebnissen jetzt schon was dazu sagen, wie man den Dynamikumfang eines Bildes optimal auf die Karte bekommt?

... wohl eher nicht :angel:.
Wenn ich ein Bild so "hinfrickel" bis Es mir gefällt in seinen Abstufungen etc. -> Dann habe ich für mich den optimalen Dynamikumfang :);):cool:.
Davon ab verfolge ich diese Diskussion aber dennoch mit Interesse ;).

Grüße

Andreas
 
...
Ich meine, kann man mit den Ergebnissen jetzt schon was dazu sagen, wie man den Dynamikumfang eines Bildes optimal auf die Karte bekommt?
:) und es wird noch eine spannende Frage ob uns die Definition von Dynamikumfang überhaupt etwas sagt zu der Frage wie man einen Messprozess denn optimal auf ein Signal abstimmt.
Ansonsten wüürde die Antwort lauten: "Expose-to-the-Right"

Mal so ketzerisch gefragt: Was ist denn der minimale Wert bei deinem Motiv/Szene/Bild? Kann man den Angeben?

criz.
 
Was ist denn der minimale Wert bei deinem Motiv/Szene/Bild? Kann man den Angeben?

criz.

interessant, vielleicht erfahren wir das ja noch bis Seite 60 ... da melde ich mich dann wieder :) mit meiner Frage nach dem Ergebnis.

in "meinem" Bild heisst der minimale Wert: "schwarz"


wobei das nichts mit der Eingangsdynamik zu tun hat, das Problem bei diesem Thread ist, dass man noch nicht so weit ist, dass man über die Abbildung der realien Tonwerte auf den Sensor und deren spätere Erscheinung als Wert sprechen könnte, sondern sich noch daran aufhängt, wie man den Dynamikumfang eigentlich definiert ... wichtig wäre aber einfach mal anzusehen was denn mit einem Wert n und einem Wert n+8ev passiert, wenn sie vom Objektiv auf den Sensor projiziert werden.

Ich hätte eigentlich gehofft, dass man sich in einem Klärungsthread damit beschäftigt, welche Tonwertkurven angewendet werden, ob ein RAW wirklich linear ist und wieviel von dem was auf dem Sensor an Licht ankommt in brauchbare Werte gewandelt werden kann ... hier ist Frank Klemms verlinkter Post sehr erhellend.

Ein Haufen Theoretiker streitet sich darum wie das Kind heissen soll, statt mal darüber zu reden was mit ihm geschieht ... eine sehr erhellende, aber nicht wirklich weiterführende Diskussion ist so entstanden .. LGW mit seinem "Ich muss wirklich mal in der Fachliteratur nachschlagen" sorgt für den Runninggag und leider auch den roten Faden im Thread.

Dass Dynamik der Abstand zwischen der hellsten noch verwertbaren Stelle und der dunkelsten noch verwertbaren Stelle ist, ist alles klar, ob das nun als Quotient oder als Differenz angegeben wird ist doch egal, oder?

Dass der Dynamikumfang einer feiner aufgelössten Datei ein wenig höher ist, als der einer niedrig aufgelösten Datei ergibt sich daraus, dass die hochaufgelösste Datei zwischen "black" (also reinschwarz) und einem verwertbaren "schwarz" mit Zeichnung mehr Zwischenwerte aufweisst, also sozusagen näher rankommt an die theoretische Grenze ist eigentlich auch logisch .... die Frage ist nur ob es hier wichtig ist?! ;)

Bitte an die mathematisch gebildeten Leute im Thread:


kuckt Euch doch mal am Beispiel verschiedener Helligkeiten eines Objekts an, wie das umgesetzt wird (dazu müsste man wohl eine linear gewandelte RAW datei analyieren) und sagt was dazu. Ich bin mir sicher, dass uns das bei weitem mehr vorwärts bringt als noch 30 Seiten Diskussion darüber wie man den Dynamikumfang jetzt genau bezeichnen und angeben soll.

(wieso gibt man die Dynamik nicht einfach in Lichtwerten an oder in Blendenstufen? Es geht doch nicht darum, wie das in der Datei aussieht, sondern darum, wie ein bestimmter Kontrast im Motiv auf eine Datei abgebildet wird ... bzw darum, was draufpasst und was nicht)

Sehr interessant wäre auch, wie die Kameras intern jpgs wandeln, ob die Tonwertkurve sich eher linear oder eben als S darstellen lässt und ... was für die Lichterdynamik wichtig ist ... wie sie endet, ob sie hart endet oder sanft ausklingt.

Hierzu wäre es ein Ansatz von verschiedenen Kameras Bilder zu analysieren, die von einem grauverlauf gemacht werden und zu sehen wie eine linear gewandelte RAW Datei im Gegensatz zum Kamerajpg aussieht.

... nur so als Vorschlag, ich will Euch aber nicht von weiteren Definitionsdiskussionen abhalten.
 
Ok, Ok, ihr habt mich erwischt.

Ich hatte schon mal vorher geschrieben dass ich eigentlich keine Englische Fachliteratur angeben wollte, nun habe ich es getan und natürlich streitet man sich jetzt über die Übersetzung. :angel:

Differenz oder Quotient sehe ich als etwas andere Schreibweise des gleichen Sachverhalts. Kommt halt drauf an was man wissen will...

In dem Beispiel geht es um ein beliebiges 2-Dimensionales Signal x(n). Wir könnten x als Schalldruck und n als Zeit denken. Oder x die Temperatur und n die Höhe über Normal Null. Oder x die gefühlte Größe einer DSLR und n als tatsächliches Volumen. Oder x den Erkenntnisgewinn und n die Anzahl Beiträge im Thread. Oder, oder...

Das schöne an Signalverarbeitung ist, dass es von der Signalbedeutung unabhängig ist.

Für mich zieht sich aus der Diskussion: Das eigentlich wichtige ist x_min und x_max zu kennen.
Bei einem Photosensor also wie viele Photonen den Sensor zum überlaufen bringen und wie viele ich brauche um das Grundrauschen zu überwinden (welchen unteren und oberen Wert man da jetzt nimmt, darüber können wir gerne noch diskutieren).
Oder man kennt das Verhältniss (Quotient, Differenz) von x_min und x_max und nennt nur einen der beiden Werte.

Z.B. habe ich hier grad Datenblätter von einem linearen Analog-Digitalwandler und da wird die Dynamik mit 10Bit für 0-5V angegeben (sorry, leider sind diese auch englisch), also Dynamikumfang von 5V mit einer Dynamikauflösung von ca. 5 mV.

Aber das hilft leider nicht dabei den Dynamikumfang zu definieren.
Ich denke inzwischen, den soll jeder so definieren wie er will und man muss halt einfach genauer nachfragen.
Bei meinem Wandler interessiert mich jedenfalls die Abstufung und der minimale und maximale Eingangwert, die Dynamik ist mir egal :p

Ich habe leider auch keine Paper gefunden die das Beschreiben und in meiner Literatur leider nur (zugegebenermaßen nicht wirklich gutes) zitiertes Beispiel.
Das sagt mir vor allem, dass der Dynamikumfang in der Praxis einfach keine Rolle spielt, bzw. nicht Aussagekräftig (weil nicht genau genug) ist.

Zum Thema Professoren, Doktoren usw:
Einzelne Zitate sind immer schwierig und Titel geben auch sicherlich nicht unbedingt die Kompetenz des Betitelten wieder...
Aber ich denke schon, dass in anerkannten Lehrbüchern durchaus zumindest ein Konsens unter Experten wiedergegeben wird und man nicht zu falsch liegt diesem zu folgen.

Und vielleicht werde ich mich jetzt anderen mehr praxisrelevanten Fragen widmen.
 
Ein Haufen Theoretiker streitet sich darum wie das Kind heissen soll, statt mal darüber zu reden was mit ihm geschieht ... eine sehr erhellende, aber nicht wirklich weiterführende Diskussion ist so entstanden.

... nur so als Vorschlag, ich will Euch aber nicht von weiteren Definitionsdiskussionen abhalten.

Es ging ja nur um die Diskussion, aber ich stimme dir mehr und mehr zu. Es gibt keine feste Definition oder eine Definition auf die sich alle einigen können und die Definition ist letztendlich auch egal.

Ich werd mir mal den Quellcode von dcraw anschauen, vielleicht sieht man da was zur Bitverteilung in den RAWs verschiedener Hersteller.

Leider weiss man dann immer noch nicht was davor in der Kamera passiert. :(

Kann da nicht mal ein Kamerahersteller den Quellcode einer Firmware von ner alten Kamera offenlegen? Ansonsten müsste ich ja echte Bilder machen und was "rumraten" Jpeg-Entwicklung in der Kamera das selbe.
 
Bei meinem Wandler interessiert mich jedenfalls die Abstufung und der minimale und maximale Eingangwert, die Dynamik ist mir egal :p

Bei dem Wandler ist das wahrscheinlich den meisten egal, aber wenn der Sensor Dir ausgefressene Lichter / abgesoffene Schatten liefert, wird es Dir nicht egal sein.

Es ging ja nur um die Diskussion, aber ich stimme dir mehr und mehr zu. Es gibt keine feste Definition oder eine Definition auf die sich alle einigen können und die Definition ist letztendlich auch egal.

Da bin ich anderer Meinung. Wie kann man über einen technischen Aspekt diskutieren, dessen Definiton egal ist. Das Resultat ist nur, dass die Leute aneinander vorbeireden, da jeder etwas anderes voraussetzt als der andere. Ich warte zur Zeit auf den Experten, der eine allgemein anerkannte Definition zitieren kann. Daruaf aufbauend kann man dann weiter diskutieren. Bin selbst leider nicht vom Fach, und könnte höchstens mit Vermutungen dienen.
 
Zuletzt bearbeitet von einem Moderator:
Da bin ich anderer Meinung. Wie kann man über einen technischen Aspekt diskutieren, dessen Definiton egal ist. Das Resultat ist nur, dass die Leute aneinander vorbeireden, da jeder etwas anderes voraussetzt als der andere. Ich warte zur Zeit auf den Experten, der eine allgemein anerkannte Definition zitieren kann. Daruaf aufbauend kann man dann weiter diskutieren. Bin selbst leider nicht vom Fach, und könnte höchstens mit Vermutungen dienen.

Ich gebe dir da grundsätzlich recht, ohne definition macht die Diskussion mit einem Begriff keinen Sinn.
Was ich meinte ist, dass man nicht über den Dynamikumfang diskutieren muss, denn er ist kein technischer Aspekt. Und jeder Experten definiert ihn für sich, so wie Proakis und Manolakis in ihrem Buch. Oder die DIN.

Es ist ein Hilfsmittel um Sachverhalte anschaulich zu machen, aber nichts wirklich theoretisch fundiertes. Wäre nett, wenn man sich da auf eine relativ einfache Definition einigen könnte, kann man aber wohl nicht.

Wenn dir also jemand sagt ein neuer Sensor hätte einen höheren Dynamikumfang dann frag ihn doch bitte was er damit meint.

Verträgt der Sensor mehr Licht bis er überläuft?
Ist das Rauschen/Anfangssensibilität besser und ich kann jetzt niederere Werte verwenden?
Oder meint er sogar, dass der Sensor einfach mehr Zwischenstufen auflösen kann? :grumble:
 
...
Verträgt der Sensor mehr Licht bis er überläuft?
Ist das Rauschen/Anfangssensibilität besser und ich kann jetzt niederere Werte verwenden?
Oder meint er sogar, dass der Sensor einfach mehr Zwischenstufen auflösen kann? :grumble:

Frage:
Ist das Ergebniss (unter gewissen Bedingungen) für alle 3 Fälle nicht das gleiche?
Wenn ja, wieso kann man dann dafür nicht eine gemeinsame Kannzahl angeben?
Wenn ja, wieso nennen wir das dann nicht Dynamik?

criz.
 
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