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Kontrastwiedergabe von Film und Digitalsensoren

Frank Klemm

Themenersteller
Entschuldigung für die Form. Das ganze ist als Zusammenfassung über das komplexe Thema "Kontrast und Dynamik" gedacht.
Vielleicht kann man daraus einen Guide machen, bevor die Editiersperre zuschlägt.

Code:
  Objektkontrast => Motivkontrast <= Beleuchtungskontrast
                    Objektumfang
                    Objektkontrast
                           |
                           v
                        Modulationsübertragungsfunktion
                        Kontrastübertragungsfunktion 
                           |
                           v
                    Bildkontrast(1)
                           |
                           |
                           v 
                    Eingangsdynamik
                           |
                           v
                        Sensor/Film
                           |
                           v
                        Gradation
                           |
                           v
                        Tonemapping
                           |
                           v
                    Ausgangsdynamik
                           |
                           |
                           v
                    Bildkontrast(2)
                    Bildumfang

.


Objektkontrast

Verhältnis des Reflektionsvermögens der hellsten zur dunklesten Stelle im Motiv. Für diffus streuende Motive wären mit derzeit bekannten Materialien Werte bis 1:2200 erreichbar, für gerichtet reflektierende Motive sind auch bei flächenmäßig gleichmäßiger Beleuchtung höhere Werte erreichbar.

ungerichtet:
  • Titandioxid: >90%
  • Neutralgrau: 18%
  • Ruß: 4%
  • Nickel-Phosphor: 0,16%
  • Kohlenstoff-Nanoröhrchen: bis herab zu 0,045%
gerichtet:
  • Wasseroberfläche: ab 2%
  • Glasscheibe: ab 8%
  • Aluminium: ca. 80%
  • Silber: ca. 87%
  • dielektrische Spiegel: ganz knapp unter 100%

Beleuchtungskontrast

Es gibt zwei verschiedenene Beleuchtungskontraste.
Zum einen der auf die Motivfläche bezogene Kontrast (lm/m² = lx), zum anderen den auf einen Raumwinkel bezogenen Kontrast (lm/m²sr = cd/m²), der bei nichtdiffus reflektierenden Flächen eine Rolle spielt.

Motivkontrast/Objektumfang/Objektkontrast

Das Zusammenwirken von Objektkontrast und Beleuchtungskontrast in Zusammenhang mit der Art der Reflektion von beleuchteten Flächen und dem direkten Auftreten von Lichtquellen im Bild führt zum Motivkontrast.
Weiterhin kann Streuung zwischen Motiv und Kamera den Motivkontrast verringern.

Modulationsübertragungsfunktion/Kontrastübertragungsfunktion

Reduziert den Motivkontrast und führt zum Bildkontrast(1) auf dem Film bzw. Sensor.

Bildkontrast(1)

Kontrastverhältnis auf dem Sensor während einer Belichtung.

Sensor/Film

  • analog:
    • Filmmaterial, die komplexen Eigenschaften ergeben sich durch das Zusammenspiel
      von Filmmaterial, Belichtung und Entwicklung
  • digital:
    • Halbleitersensor, betreffs Kontrastübertragung ist ein Halbleitersensor bis zu einer Sättigungsbelichtungsstärke extrem linear.
  • Maximal registrierbarer Kontrast:
    • Digitalsensor bei ISO 100, 24 µm x 24 µm Pixel (Kodak KAF-4301E): ca. 1:45.000
    • Digitalsensor bei ISO 100, 7 µm x 7 µm Pixel (Kodak KAF-10500): ca. 1:4.000
    • Digitalsensor bei ISO 100, 4 µm x 4 µm: ca. 1:1.200
    • Digitalsensor bei ISO 100, 2,2 µm x 2,2 µm Pixel (Kodak KAC-05010): ca. 1:350
    • Digitalsensor bei ISO 800, 7 µm x 7 µm Pixel (Kodak KAF-10500): ca. 1:500
    • Digitalsensor bei ISO 800, 4 µm x 4 µm: ca. 1:150
    • Digitalsensor bei ISO 800, 2,2 µm x 2,2 µm Pixel (Kodak KAC-05010): ca. 1:45
    • Es gibt Digitalsensoren für Videoaufnahmen, die die Belichtungszeit pro Pixel steuern und damit folgende Dynamik erlauben (z.B. Cam_inPIX® Box-Kamera): ca. 1:120.000
    • DRI-Aufnahmen durch Belichtungsreihen: theoretisch beliebig, praktisch durch Streulicht begrenzt
    • Diafilm (Kodachrome, Fujifilm Fujichrome/Astia/Sensia/Provia): ca. 1:80...100
    • Diafilm (Kodak TRI-X Reversal Film 7266): ca. 1:40
    • Diafilm (Kodak PLUS-X Reversal Film 7265): ca. 1:30
    • Negativfilm (Fujicolor Pro 160S): ca. 1:2.000
    • Negativfilm (Kodak Vision3 500T Color Negative Film 5219/7219/SO-219): ca. 1:10.000

Gradation
  • Funktion D(log H) für analog, U(H) für digital
    • im Arbeitsbereich grob charakterisierbar durch den sogenannten Gamma-Wert
    • eine bei Diafilm fallende Funktion
    • eine bei Negativfilm steigende Funktion
    • bei Positivfilmen meist ein Gamma zwischen -1,7 und -2,0
    • bei Negativfilmen meist ein Gamma um +0,55
    • bei Digitalsensoren ein Gamma von exakt +1,000
  • analog:
    • Eigenschaft des Filmmaterials und der Entwicklung
  • digital:
    • Eigenschaft der verarbeitenden Software

Tonemapping
  • analog:
    • Development Inhibitor Releasing (DIR)-Kuppler im Filmmaterial reduzieren den globalen Kontrast
    • Überhöhung der MTF (meist zwischen 3 lp/mm und 20 lp/mm) ist dadurch möglich,
      Entwicklung in den späten 1990er Jahren.
  • digital:
    • aktuelle Kameras führen intern ein gemäßigtes Tonemapping durch
      • Canon nennt das Auto Lighting Optimizer
      • Nikon nennt das Active D-Lighting
    • Raw Converter erlauben auch ein leichtes bis mittelstarkes Tinemapping, meist als Fill Light bezeichnet.
    • Spezialisierte Tonemapping-Software führt sowohl das Zusammenführen von Belichtungsserien zu DRI-Aufnahmen wie das darauffolgende Tonemapping durch.

Zusammenwirken von Sensor/Film+Gradation+Tonemapping
  • analog:
    • komplexer designter chemischer Prozess
  • digital:
    • Solange man den Sensor nicht in die Sättigung treibt, ein weitgehend durch Software designter Prozeß, den man frei gestalten kann oder den man bekanntem Filmmaterial angleichen kann


Ausgangsdynamik
Eingangsdynamik, die durch
  • eine steile Gradation erhöht
    • knackigere Bilder mit knackigen Farben
    • größere Ausgangsdynamik bei fester Eingangsdynamik
    • geringere Eingangsdynamik bei fester Ausgangsdynamik verarbeitbar
  • oder durch ein flache Gradation Verringert werden kann
    • flaue Bilder mit flauen Farben
    • geringere Ausgangsdynamik bei fester Eingangsdynamik
    • höhere Eingangsdynamik bei fester Ausgangsdynamik verarbeitbar
  • Tonemapping erlaubt das Anzeigen höherer Eingangsdynamiken ohne die Nachteile flauer Bilder durch das Ersetzen einer globalen Gradation durch eine lokale. Das so unauffällig wie möglich zu machen, ist eine der Herausforderungen bei Tonemapping.

Bildkontrast(2)/Bildumfang:

Der Bildkontrast des so entstandenen Bildes soll im Idealfall geringer als der maximal darstellbare Kontrast des Ausgabegerätes sein.

  • Klassische Bildröhre: bis zu 1:25.000 [1]
  • Plasma-Flachdisplay: bis zu 1:50.000 [2]
  • TFT-Display mit LED-Backlight: theoretisch beliebig hoch [3]
  • TFT-Display mit CCFL-Backlight: bis zu 1:2.000 [4]
  • Dia (18° DIN): bis zu 1:2.000 (rot), 1:6.000 (grün) [5]
  • Bild auf Hochglanzfotopapier: bis zu 1:160 [6]
  • Bild auf mattem Fotopapier: bis zu 1:30 [7]
  • Bild gedruckt auf Hochglanzpapier: bis zu 1:80 [8]
  • Offsetdruck auf Zeitungspapier: typ. 1:8 [9]

Quellen:
  1. Panasonic TX-32 PD 50 D, mittels Service-Menü justiert, selbst ausgemessen
  2. ...
  3. ...
  4. ...
  5. http://www.adox.de/MCC_English.pdf, Seite 3
  6. http://www.adox.de/MCC_English.pdf, Seite 3
  7. ...
 
Zuletzt bearbeitet:
Jetzt habe ich eine kleine Frage:

  • Was mache ich mit diesen Informationen?
  • Wofür kann ich sie nutzen?
1. Beispiele für Anwendungen:
  • Die ewige Diskussion über Pixelgröße und Sensorgröße ist davon unmittelbar betroffen
  • Die ewige Diskussion, ob jetzt Film oder Digisensoren besser sind
  • Speziell Anfänger hauen Fachbegriffe gerne durcheinander, hier stehen für alle verständliche klare Definitionen
2. Viele Diskussionen hier im Forum sind von Miskonzeptionen, veralteten Daten oder aus dem Zusammenhang gerissenen Fakten durchsetzt, ich danke Framk Klemm für diese Info und hoffe, dass sein Post möglichst bald ein Sticky wird (y)(y)(y)
 
super Zusammenfassung!

Danke Frank
 
sehr gute Zusammenfassung!

Um übertriebene Erwartungen an Ausdrucke zu dämpfen zitiere ich mal aus technischen Daten zu Brovira von Agfa:
"Photopapiere geben maximal einen Helligkeitsumfang bis 1:50 (Hochglanz) wieder.
Helligkeitsumfang matter Papiere = 1:20"
 
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