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ISO und Dynamikumfang

scorpio schrieb:
eine verringerung des dynamikumfanges würde für mich bedeuten, dass pixel, die vorher (auf 8 bit bezogen) den wert 10,10,10 hatten, nun den wert 0,0,0 aufweisen und alles was kleiner war, abgesoffen ist. nach oben genau so. 250,250,250 wird zu 255, 255,255, allses was drüber war, ist weg.
nun habe ich gegenüber dem ausgangsbild eines, dem unten 10 werte und oben 5 fehlen. das wäre eine verringerung des dynamikumfanges.

wenn sich lediglich innerhalb des umfanges durch das rauschen werte verschieben, also aus 10,10,10 wird 2,2,2, bedeutet das keine verringerung des umfanges an sich.

Es funktioniert anders:

Ein Motiv habe folgende Helligkeiten:

SEHR HELL
HELL
MITTEL
DUNKEL
SEHR DUNKEL
SCHWARZ

Wir lichten das Motiv mit ISO 100 ab und belichten korrekt. Durch Rauschen ergeben beispielsweise sich folgende Helligkeitswerte:

SEHR HELL 250-255
HELL 198-202
MITTEL 126-130
DUNKEL 62-66
SEHR DUNKEL 14-18
SCHWARZ 0-4

Wegen des Rauschens werden die Helligkeiten nicht exakt auf einen Wert abgebildet, sondern auf einen Helligkeitsbereich. Im Bespiel nehmen wir an, dass die unteren 2 Bits "rauschen" - und das unabhängig von der Helligkeit.
Wenn wir jetzt auf ISO 1600 gehen und die Belichtung entsprechend anpassen, könnte sich (bei angenommenem Rauschen von 4 Bits) folgende Abbildung ergeben:

SEHR HELL 240-255
HELL 192-208
MITTEL 120-136
DUNKEL 54-72
SEHR DUNKEL 8 bis 24
SCHWARZ 0 bis 16

Durch die Verstärkung wird der RELATIVE Anteil des Rauschens an den Nutzinformationen stark erhöht. Im Vergleich sieht man, dass man nun bei einem Pixel, welches zum Beispiel den Wert 10 hat nicht mehr eindeutig sagen kann, ob es im Motiv SEHR DUNKEL oder SCHWARZ war. Genau hier zeigt sich der Informationsverlust - die verringerte Dynamik. Ich kann vom Bild her nicht mehr zuverlässig sagen, welche Helligkeit ein Motivdetail im Original hatte. Diese Aussage ist gleichbedeutend damit, dass dunkle Bildinformationen im Rauschen verschwinden - die Dynamik also geringer ist.

Natürlich gleicht sich das durch statistische Effekte wieder ein wenig aus und tritt nicht so extrem zu Tage wie hier beschrieben. Aber das Prinzip ist richtig.

Ciao, Udo
 
cauchy schrieb:
Es kann ja einer von euch gerne Testreihen machen und die Standartabweichung bei hverschiedenen ISO-Zahlen ermitteln, dann können wir ja abschätzen wie stark sich der Dynamikumfang tatsächlich ändert - meiner Meinung nach minimal!
Ja. Viel ist es in der Praxis nicht, wenn man im sinnvoll nutzbaren ISO-Bereich der Kamera bleibt.

Dazu kommt übrigens auch noch die Tatsache, dass das Rauschverhalten wie zuvor schon erwähnt über die Helligkeitswerte nicht konstant bleibt. So ist das Rauschen in dunklen Bildpartien wesentlich ausgeprägter als in den helleren.

Soooo ist die Aussage nicht ganz richtig. Das Rauschen bleibt schon in ähnlicher Dimension. Allerdings sind 2 Bit Rauschen bei einem Helligkeitswert von 4 halt 100%. Bei einem Wert von 40 sind es nur 10 % und bei einem Wert von 200 sind es eben nur 2 %. Damit ist der RELATIVE Anteil des Rauschen in dunklen Bereichen größer. Absolut betrachtet ist er in hellen Motivbereichen auch nicht wesentlich kleiner.

Ciao, Udo
 
ubit schrieb:
Soooo ist die Aussage nicht ganz richtig. Das Rauschen bleibt schon in ähnlicher Dimension. Allerdings sind 2 Bit Rauschen bei einem Helligkeitswert von 4 halt 100%. Bei einem Wert von 40 sind es nur 10 % und bei einem Wert von 200 sind es eben nur 2 %. Damit ist der RELATIVE Anteil des Rauschen in dunklen Bereichen größer. Absolut betrachtet ist er in hellen Motivbereichen auch nicht wesentlich kleiner.

Ciao, Udo

Hmmm... damit könntest du Recht haben!
 
ubit schrieb:
Durch die Verstärkung wird der RELATIVE Anteil des Rauschens an den Nutzinformationen stark erhöht. Im Vergleich sieht man, dass man nun bei einem Pixel, welches zum Beispiel den Wert 10 hat nicht mehr eindeutig sagen kann, ob es im Motiv SEHR DUNKEL oder SCHWARZ war. Genau hier zeigt sich der Informationsverlust - die verringerte Dynamik. Ich kann vom Bild her nicht mehr zuverlässig sagen, welche Helligkeit ein Motivdetail im Original hatte. Diese Aussage ist gleichbedeutend damit, dass dunkle Bildinformationen im Rauschen verschwinden - die Dynamik also geringer ist.

Natürlich gleicht sich das durch statistische Effekte wieder ein wenig aus und tritt nicht so extrem zu Tage wie hier beschrieben. Aber das Prinzip ist richtig.
ok, das habe ich verstanden. nun stellt sich mir die frage, in wie weit das in der praxis relevant ist. wieviel dynamik geht nun tatsächlich verloren? 1/3 blende? weniger?
 
im prinzip verschlechtet sich durch eine erhoehung der iso zahl das signal-rausch-verhältnis (durch die mitverstaerkung des rauschens), auch rauschabstand genannt. klar verringert sich dadurch auch die dynamik. das wurde ja schon recht anschaulich von udo erlaeutert.

gruss
 
scorpio schrieb:
ok, das habe ich verstanden. nun stellt sich mir die frage, in wie weit das in der praxis relevant ist. wieviel dynamik geht nun tatsächlich verloren? 1/3 blende? weniger?
Ich könnte mir vorstellen, dass der Verlust, nicht nur über die Tiefen, Mitten und Höhen verteilt, dynamisch abfällt, sondern auch, je weiter man sich von den ISO 100 weg bewegt, dynamisch leicht ansteigt, da die Empfindlichkeitssteigerung durch Signalverstärkung errechnet wird und nicht in Wirklichkeit geschieht.
Die Belichtungszeit verkürzt sich mit anheben der ISO, das Eingangssignal wird dadurch immer schlechter, da kürzer belichtet wird, die softwaremässige Signalverstärkung (also das fiktive rechnen) immer stärker.
Ist das so, Udo, oder ist das wieder FAAAAALSCH?
 
In dem Zusammenhang habe ich eine Frage:

Gibt es in PS die Möglichkeit, die Farben in einem Bild zu zählen? Wenn ja, wo?
 
Also meine nicht bewiesenen Erfahrungswerte sagen, dass bei mir zwischen ISO 200 und 800 etwa 1 Blendenstufe flöten geht
 
Carsten Bürgel schrieb:
Ich könnte mir vorstellen, dass der Verlust, nicht nur über die Tiefen, Mitten und Höhen verteilt, dynamisch abfällt, sondern auch, je weiter man sich von den ISO 100 weg bewegt, dynamisch leicht ansteigt, da die Empfindlichkeitssteigerung durch Signalverstärkung errechnet wird und nicht in Wirklichkeit geschieht.
Die Belichtungszeit verkürzt sich mit anheben der ISO, das Eingangssignal wird dadurch immer schlechter, da kürzer belichtet wird, die softwaremässige Signalverstärkung (also das fiktive rechnen) immer stärker.
Ist das so, Udo, oder ist das wieder FAAAAALSCH?

Je höher der ISO-Wert, desto geringer die Dynamik bzw. desto geringer das Signal-Rauschverhältnis. Soweit richtig.
Mit der kürzeren Belichtungszeit sinkt allerdings das Rauschen - bei den meisten Sensoren insbesondere das thermische Rauschen.
Bei einigermaßen hochwertigen Sensoren wird die Signalverstärkung analog vorgenommen - also VOR der Digitalisierung. Insofern rechnet die Verstärkung also nichts fiktives dazu, sondern sie "multipliziert" eben nur den Ladungszustand der Sensorzelle mit einem bestimmten Faktor. Da der Ladungszustand nicht nur vom Lichteinfall abhängt, sondern eben auch eine Zufallskomponente hat (eben das Rauschen), ergibt sich das Beschriebene.

Ausprobieren wäre sicherlich sinnvoll. Aber nicht ganz einfach. Wenn man es versucht (und das habe ich vor Monaten mal für ISO 100 gemacht), stellt man fest, dass zum Beispiel meine D60 durchaus 10-11 Blenden Dynamikumfang abbilden kann. Allerdings komprimiert sie diese Dynamik in den Endbereichen - insbesondere in den dunklen Bildpartien. Helligkeitsunterschiede in diesen Bereichen sind zwar MESSBAR, aber kaum SICHTBAR - außer man hellt massiv per EBV auf. Mit dieser Dynamikkompression an den Extremen ist es aber sehr schwierig, den wirklichen Dynamikumfang zu messen. Zumindest ohne entsprechende Meßgeräte (Ideal wäre ein Motiv mit mindestens 12 Blenden Dynamikumfang - reproduzierbar, in Abstufungen von mindestens 1/3 Blende).

Ich habe mich der Thematik damals so genähert:

1. Man nehme eine Graukarte (ein weißes Blatt Papier genügt auch).

2. Das Motiv wird gleichmäßig und konstant ausgeleuchtet.

3. Weißabgleich manuell (Wichtig!).

4. Kamera auf ein Stativ

5. Motiv möglichst formatfüllend

6. Belichtungsreihe machen, so dass das Ergebnis von strahlend WEISS bis zum dunkelsten SCHWARZ reicht (RAW Aufnahmen!). Eine Verdopplung/Halbierung der Belichtungszeit stellt praktisch jeweile eine Dynamikstufe dar. Eigentlich müsste man die Messung bei konstanter Belichtungszeit durch Variation der Blende vornehmen. Die Blendenreihe von 1:1,4 bis 1:32 beinhaltete aber nur eine "Dynamik" von 9 Blendenstufen... Wenn das Objektiv von 1:1,4 bis 1:64 geht, wären es 11 Stufen.

7. Die Bilder per Photoshop "ausmessen". Hellstes und dunkelstes Pixel heraussuchen (Näherungsweise genügt).

8. Diagramm zeichnen. Dabei Belichtungszeit (=Dynamikstufe) gegen "gemessene Helligkeiten" (Minimal- und Maximalwert) auftragen.

Damit erhält man EINEN Dynamikkorridor für seine spezielle Kamera. Diese Kurve gilt dann für die aktuelle Temperatur des Sensors (vereinfacht nehmen wir mal an, dass sie gleich bleibt über die Meßreihe), den eingestellten ISO-Wert. Auch die Belichtungszeit hat eigentlich einen Einfluss, da mit länger werdenden Zeiten das Rauschen ebenfalls zunimmt.

Eine wirklich präzise Messung des Dynamikumfangs ist das zwar nicht, aber eine für die Praxis sehr brauchbare Näherung.

Ciao, Udo
 
Carsten Bürgel schrieb:
In dem Zusammenhang habe ich eine Frage:

Gibt es in PS die Möglichkeit, die Farben in einem Bild zu zählen? Wenn ja, wo?

Gibt es.... Die Funktion nennt sich Histogramm *grins* Genau das macht ein Histogramm nämlich... Die wirkliche Zahlenwerte könnte man aber wohl nur über ein kleines Script ermitteln.

Ciao, Udo
 
ubit schrieb:
Gibt es.... Die Funktion nennt sich Histogramm *grins* Genau das macht ein Histogramm nämlich... Die wirkliche Zahlenwerte könnte man aber wohl nur über ein kleines Script ermitteln.

Ciao, Udo
Das weiss ich, Udo. Ich meine einfach nur eine Funktion, in der dann abzulesen ist z.B. Dieses Bild oder Ausschnitt enthält 55298 Farben.

Kannst du sowas schreiben?
 
Carsten Bürgel schrieb:
Das weiss ich, Udo. Ich meine einfach nur eine Funktion, in der dann abzulesen ist z.B. Dieses Bild oder Ausschnitt enthält 55298 Farben.

Kannst du sowas schreiben?

Ungern. Dabei müsste man jedes Pixel auswerten. Das dauert als PS-Script lange. Sehr lange. Durchaus 30-60 Minuten Rechenzeit für ein "normales" DSLR-Bild... Aufwand/Nutzen stehen in keiner sinnvollen Relation bei einem solchen Vorhaben *g*

Scheint aber schon sowas Ähnliches zu geben:

http://spotlight.de/zforen/pts/m/pts-1115459975-17162.html

Oder nimm - wird dort auch erwähnt - Irfanview. Das erwähnte Plugin mag es auch tun.

Ciao, Udo
 
Kann für sowas die etwas sperrige ltilib empfehlen, hat eine C++-Bindung und ist funktional sehr umfangreich.

Zu den Farben: hatte mal gelesen, daß die Farbsättigung abnimmt. Ohne das jetzt groß geprüft zu haben, habe ich den Eindruck, daß die tatsächlich bei hoher Empfindlichkeit geringer ist.
 
pansen schrieb:
Zu den Farben: hatte mal gelesen, daß die Farbsättigung abnimmt. Ohne das jetzt groß geprüft zu haben, habe ich den Eindruck, daß die tatsächlich bei hoher Empfindlichkeit geringer ist.

Das kommt mir nämlich auch fast so vor. Vielleicht liegt es aber auch daran, dass man hohe ISO-Zahlen vorrangig bei schlechtem Licht verwendet und da sind die Farben schon mal "von Natur aus" nicht so strahlend.
 
Hallo zusammen (und im speziellen Ubit),

kannst dir vielleicht schon vorstellen, wozu ich den Farbenzähler haben wollte.

Ich habe einen Versuch gemacht, um herauszufinden, in wieweit sich die Farbinformationen,
indirekt natürlich auch der Dynamikumfang, mit der Erhöhung der ISO-Werte verändert.
Das Ergebnis ist m.M.n. recht erschreckend! :eek:

Der Anteil der veränderten Farbinformationen ist wesentlich grösser als von mir angenommen.
Meine Überlegungen gehen nun dahin, dass alle Farbwerte die nicht im Durchschnitt der ISO 100
liegen schlichtweg Falschinformationen sind, und somit auch ein Verlust von Dynamikumfang
darstellt. (siehe auch Tabelle)
ISO 100 ergab eine Farbzählung im Durchschnitt von ca. 91.000 Farbtönen
ISO 800 ergab eine Farbzählung im Durchschnitt von ca. 143.000 Farbtönen
ISO 3200 ergab eine Farbzählung im Durchschnitt von ca. 270.000 Farbtönen

Bei ISO 3200 ergeben sich 3 Mal so viele Farbwerte als unter ISO 100...
...also eine massive Veränderung.

Ich habe zu jedem ISO-Wert jeweils 5 Bilder in JPG, höchste Qualität, Parameter alle auf 0 ausser Kontrast -2 fotografiert.
Es wurde die unten stehende Farbtafel formatfüllend abfotografiert. Licht 500W Baustrahler.

Was sagt euch dieser Test? Ubit hast du Erklärungen für solch eine massive Veränderung?
 
Carsten Bürgel schrieb:
Meine Überlegungen gehen nun dahin, dass alle Farbwerte die nicht im Durchschnitt der ISO 100
liegen schlichtweg Falschinformationen sind, und somit auch ein Verlust von Dynamikumfang darstellt.
:confused: :confused: :confused:
 
Ich hatte mal einen Vergleich gemacht zwischen Blende 3,5 und 2,8. Dabei habe ich versucht, das 3,5-Bild auf die Helligkeit und die Farbdarstellung des helleren anzuheben.
Da das alles nur in JPEG geschah, ist das Ergebnis nicht wirklich aussagekräftig. Jedenfalls mußten die Farben ordentlich Sättigung kriegen, um auch nur annähernd ähnlich auszusehen.

Eigentlich ist es ja auch klar; das Rauschen läßt gerade bei satten Farben einen Teil der Pixel nicht mehr die betreffende Farbe, sondern irgendwas anderes anzeigen. Über die Verteilung des Rauschens kann man jetzt spekulieren, aber nach unten ist sicherlich mehr Platz als nach oben, so daß ich meinen möchte, daß Sättigung starker Töne wahrscheinlich verlorengeht.
 
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