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Grundlagen: Grundlagen: Einfach Erklärt: Sensor-Dynamik, Blendenstufen und Bits (und Kerzen) von rudi - 23 Jun 2014 12:23:00
>Auf unserer Suche nach einfachen Erklärungen für komplexere Sachverhalte stoßen wir immer wieder auf ein paar fundamentale Grundlagen, die man als bekannt voraussetzen muss. Oder eben vorher klarstellen sollte. Darum geht es heute jetzt und hier um einen Zusammenhang zwischen Dynamik, Blendenstufen und Bits, der eigentlich ganz einfach ist...
zum ganzen Artikel

Oder der seine Sensel nicht linear digitalisiert.

???

lg

srone

Danke für den Artikel! Ich würde es gut finden, wenn ihr eure Quellen dazu schreiben würdet.

nett erklärt, macht Lust auf mehr!

Dieser Artikel ist das unterirdisch schlechteste, was ich jemals von einer technischen Redaktion gelesen habe, und grottig falsch!

Die Quantisierungstiefe in bit hat mit dem Dynamikumfang in Blendenstufen überhaupt nichts zu tun!

Die Behauptung, 1 Blendenstufe ließe sich mit 1 bit abtasten und z.B. 5 Blendenstufen entsprechend mit 5 bit ist absoluter Unsinn!

Jede Blendenstufe bedeutet eine komplette Verdoppelung oder Halbierung der Lichtmenge zur vorherigen Blende, also z.B. den Unterschied einer 100W zu einer 200W Lichtquelle.

Man stelle sich eine Kugel vor, die von links mit 100W und von rechts mit 200W beleuchtet wird. Dieses repräsentiert einen Belichtungsumfang von einer Blende.

Bei nur einem bit Quantisierungstiefe gäbe es nicht einen einzigen Halbton!

Betrachten wir uns eine nicht unübliche Szene bei weichem, gleichmässigen Licht mit z.B. 5 Blenden Dynamikumfang.

Dem Autor zu folge, würden hier entsprechend 5 bit Datentiefe zur Darstellung genügen.

Der Helligkeitsunterschied in dieser Szene wäre so, als würde sie teilweise mit einer 100W Birne beleuchtet werden und andere teile mit einem 1600W Brenner.

Bei 5bit stünden hierfür allerdings nur 32 Grauwerte zur Helligkeitsdarstellung zur Verfügung, dieses hätte extreme Tonwertabrisse zur Folge, man kann sich vorstellen, wie diese Aufnahme aussehen würde.

Richtig ist vielmehr:

Die Quantisierungstiefe in bit gibt lediglich an, in wie viele Grauwertstufen das Sensorsignal digital aufgezeichnet werden kann, egal wie die Dynamik des Sensors ist.

8bit sind 2 hoch 8 = 256 Graustufen x 3 Farbkanäle = 16,7 Mio Farben

Die Quantisierungstiefe muss in der Praxis so hoch sein, dass das menschliche Auge die digitalen Helligkeitsabstufungen nicht mehr wahrnimmt.

8bit sind hier ganz ordentlich und geben sogar noch etwas Luft zur Tonwertkorrektur ohne dass es gleich zu massiven Tonwertabrissen kommt.

Höhere Quantisierungen wie 10, 12, 14 oder 16bit bewirken grundsätzlich kein feineres oder besseres Bild, sie geben nur immer mehr Spielraum in der Post für nachträgliches Grading, ohne dass es zu sichtbaren Tonwertsprüngen kommen würde.


Die Dynamik hat hiermit jedoch überhaupt nichts zu tun, sie gibt lediglich an, wie gross der maximal aufnehmbare Helligkeitsunterschied in einer Szene ist:

z.B. 1bit Dynamik = doppelte Lichtmenge

z.B. 10bit Dynamik = 1024-fache Lichtmenge in der selben Szene


JEDOCH egal wie gross die Dynamik ist, ich brauche immer eine gewisse Mindestquantisierungstiefe (standard: 8bit), um das Signal später ohne sichtbare Tonwertsprünge wiederzugeben.

Also auch eine absolute low contrast Szene, die nur eine Dynamik von z.B. 3 Blenden aufweißt und mit einem (theoretischen) Sensor aufgezeichnet wird, der ebenfalls genau diese 3 Blenden Helligheitsumfang bewältigt, genügen keineswegs wie vom Autor behauptet '3 bit', sondern auch hier sind in jedem Fall für verlustfreie visuell nicht mehr sichtbare Helligheitsabstufungen z.B. 8 bit nötig.

Auch die Behauptung, 14 Blenden Dynamikumfang seien nur mit 14bit Quantisierung möglich ist deshalb so nicht richtig.

=> Dynamik in Blenden = Maximal möglicher Helligkeitsumfang einer Szene

=> Quantisierung in Bit = Feinheit der Helligkeitsabstufungen


Es gibt zwischen diesen beiden Parametern KEINEN direkten linearen Zusammenhang.

Jedoch natürlich einen 'praktischen':

=> Eine Eingangsdynamik von nur z.B. 4 Blenden benötigt keine Quantisierung von 14bit, denn eine derart weiche Szene wird man wohl kaum noch weicher machen wollen

=> umgekehrt ein Sensorsignal mit 14bit Dynamik sieht zwar im prinzip auch bei 8 bit Quantisierung perfekt aus, lässt sich wegen der 8bit jedoch genauso wenig gut nachträglich graden, wie jedes andere 8bit Signal auch, völlig unabhängig von der Dynamik.

Will ich jedoch in der Post die 14 Blenden Szene in ihren hellsten und dunkelsten Bereichen z.B. tatsächlich zu einer HDR Komposition graden, geht das ohne sichtbare Tonwertsprünge tatsächlich nur mit entsprechend hoher Quantisierungstiefe von mehr als 8bit.... je mehr, desto besser.

Allerdings den vom Autor unterstellten funktional linearen Zusammenhang zwischen Dynamik und Quantisierung gibt es nicht!

Klar, ist doch eigentlich ganz einfach ;)

dienstag_01 hat geschrieben:Klar, ist doch eigentlich ganz einfach ;)

Ist es auch.
Hat Rudi schon richtig erklärt und MarcS soll einfach mal das nächste Kapitel abwarten, denn was er hier tut, ist ein heilloses Durcheinanderwürfeln der verschiedensten Parameter, wie es oft gern von "Praktikern" vorgenommen wird, aber zu einem grossen Prozentsatz lediglich aus Einschätzungen und dubiosen Vergleichen besteht.

Rudi ist da schon auf dem richtigen Weg.

Ganz richtig kann es aber nicht sein, weil nicht wenige acht Bit (die nur JPEG können) Digitalkameras wirklich 8-10 Blendenstufen beherrschen. Das kann man in vielen Testberichten nachlesen. Könnte aber nicht sein, weil ja nur maximal acht Blendenstufen möglich sind.


VG
Jan

Bei der Quantisierung ist er doch noch gar nicht.
Das ist doch erst das Grundverständnis, der Wahrnehmung und die Art, wie ein Sensor Elektronen erzeugt.
Das ist das, was ich meine. Wenn man im Grundverständnis schon seine "Praktikererfahrungen" einzubinden versucht, dann versteht das kein Mensch mehr.
Also, steck die Messergebnisse mal solange weg und warte Schritt für Schritt die Herleitung ab.

Für mich verständlich erklärt, obgleich ich in den Tiefen dieses Themas nicht immer gleich durchblicke!

Finde ich auch, deswegen sollte man auch jetzt nicht gleich mit Log Kurven und der Störabstandsproblematik reingrätschen.
Das kommt schon von ganz allein, wenn man die Basis richtig kapiert hat.

Sorry, aber dass man Bits mit Blenden verstrickt, ist nun wirklich etwas merkwürdig, da muss ich MarcS ersten Beitrag zustimmen.

Ganz richtig ist, dass man mit 4 Kerzen die Lichtmenge gegenüber 2 Kerzen verdoppelt und somit eine Blende Helligkeitsunterschied erhält. Allerdings wird die vorhandene Helligkeit immer auf die maximal möglichen Helligkeitsstufen einer Kamera verteilt. Da kommen dann die Bits ins Spiel.

Bei einer 8 Bit Kamera sind es eben 255 Stufen und bei einer 10 Bit Kamera eben 1024 Stufen.

Ich kann mit einer 8 Bit Kamera einen genau so großen Dynamikumfang darstellen wie mit einer 12 Bit Kamera. Wie der Helligkeitsverlauf dann aussieht, das ist eine anderes Sache. Es können, je nach Motiv Farbabrisse, manche nennen es Bandings, auftreten.

Dynamik bedeutet immer die Helligkeits-Unterschied zwischen dem dunkelsten und dem hellsten darstellbaren Pixel. Gut Vergleichbar mit der Musik und dem lautesten und leisesten Ton. Je größer die Differenz, desto höher die Dynamik.

Ja, und nichts Anderes hat Rudi oben beschrieben.
Ansonsten sag doch einfach, wo er den Fehler gemacht hat und wie die Stelle korrigiert auszusehen hat.

Ich kann mit einer 8 Bit Kamera einen genau so großen Dynamikumfang darstellen wie mit einer 12 Bit Kamera. Wie der Helligkeitsverlauf dann aussieht, das ist eine anderes Sache. Es können, je nach Motiv Farbabrisse, manche nennen es Bandings, auftreten.

Da wird es niemals Banding geben. Erst wenn man daran *rumschraubt* entstehen diesae Fehler. Weil eben Werte fehlen.

Ich hab das auch erst zweimal lesen müssen, bis ich das verstanden habe. Er meint, dass jeder Sensor einen FullWell wert hat und eine untere Empfindlichkeit, hat aber noch gar nicht geblickt, dass es hier noch gar nicht darum geht.
Natürlich kann jeder Sensor ein beliebiges Lichtverhältnis darstellen.
Das ist hier aber unbestritten und noch nicht Thema.
Er soll doch einfach mal falsifizieren, was an Rudis bisherigem Inhalt nicht stimmt.

dienstag_01 hat geschrieben:

Ich kann mit einer 8 Bit Kamera einen genau so großen Dynamikumfang darstellen wie mit einer 12 Bit Kamera. Wie der Helligkeitsverlauf dann aussieht, das ist eine anderes Sache. Es können, je nach Motiv Farbabrisse, manche nennen es Bandings, auftreten.

Da wird es niemals Banding geben. Erst wenn man daran *rumschraubt* entstehen diesae Fehler. Weil eben Werte fehlen.

Stimmt nicht, 256 Helligkeitsstufen sind manchmal nicht ausreichend.

Stimmt nicht, 256 Helligkeitsstufen sind manchmal nicht ausreichend.

Ich wünsch dir in Zukunft mehr Glück beim Kamerakauf, zumal es sowieso keine 256 sind ;)

WoWu hat geschrieben:Ich hab das auch erst zweimal lesen müssen, bis ich das verstanden habe. Er meint, dass jeder Sensor einen FullWell wert hat und eine untere Empfindlichkeit, hat aber noch gar nicht geblickt, dass es hier noch gar nicht darum geht.
Natürlich kann jeder Sensor ein beliebiges Lichtverhältnis darstellen.
Das ist hier aber unbestritten und noch nicht Thema.
Er soll doch einfach mal falsifizieren, was an Rudis bisherigem Inhalt nicht stimmt.

Ganz einfach, man benötigt keinen 14 bit sensor, um einen Dynamikumfang von 14 Blenden darzustellen. Das wäre nur der Fall, wenn man ihn linear betreibt.

dienstag_01 hat geschrieben:

Stimmt nicht, 256 Helligkeitsstufen sind manchmal nicht ausreichend.

Ich wünsch dir in Zukunft mehr Glück beim Kamerakauf, zumal es sowieso keine 256 sind ;)

Danke, aber seit der GH2 ist mir Gott sei Dank keine Kamera mehr untergekommen, die jeden Himmelverlauf sichtbar abstufte.

0-255 sind keine 256 Helligkeitsstufen?

Das wäre nur der Fall, wenn man ihn linear betreibt.

Ach sag bloss.
Hat Rudi irgend etwas von nicht-linearität geschrieben ?

Wer lesen kann, ist echt im Vorteil.

Geht denn Video von 0 bis 255 ;)

dienstag_01 hat geschrieben:Geht denn Video von 0 bis 255 ;)

FullRange Video schon.

Und welche Cams geben das aus?
(Sicher die GH2 ;) )

dienstag_01 hat geschrieben:Und welche Cams geben das aus?
(Sicher die GH2 ;) )

Oh, da gibt es ne Menge. Google doch mal. Meine aktuelle Kamera lässt sich z.B. sogar so einstellen, dass sie 8bit Video von 0-255, 16-255 oder 16-235 schreibt. Luxus, oder?

Oh, da gibt es ne Menge. Google doch mal. Meine Aktuelle Kamera lässt sich z.B. sogar so einstellen, dass sie 8bit Video von 0-255, 0-235, oder 16-235 schreibt. Luxus, oder?

Nee, eher Quatsch.
Aber AKtuelle Kamera finde ich gut ;)

dienstag_01 hat geschrieben:

Oh, da gibt es ne Menge. Google doch mal. Meine Aktuelle Kamera lässt sich z.B. sogar so einstellen, dass sie 8bit Video von 0-255, 0-235, oder 16-235 schreibt. Luxus, oder?

Nee, eher Quatsch.
Aber AKtuelle Kamera finde ich gut ;)

Du musst es ja wissen.

Du musst es ja wissen.

Wenn du verstanden hättest, dass Banding nicht dann entsteht, wenn mehr Werte auf weniger umgerechnet werden, sondern genau umgekehrt, weniger Werte auf mehr, dann könnte man dir das Kompliment ebenfalls machen ;)

Der Artikel heißt doch "Sensor-Dynamik", daher ist doch die Erklärung (im Rahmen der geforerten Einfachheit) vollkommen in Ordnung!

Mir wäre es zwar lieber, dass die Quantisierung des Signals gar nicht erwähnt worden wäre :) (siehe hier und von MarcS angemerkt), aber irgendwie muß man ja auch an das Thema ranführen.

Ich finde auch, das war ein guter erster Schritt. Nur kann ich schon, auch Jans Einwand, verstehen, dass man das jetzt Schritt für Schritt an die "gewohnte" Kameradynamik heranführen muss und auch die DNR Abhängigkeit einbringt, denn dann relativieren sich die Blendenangaben auch wieder.

Wie Ab-gedreht schon sagte

nett erklärt, macht Lust auf mehr!

Also ich fand den Artikel auch sehr informativ und leicht verständlich erklärt. Danke an Slashcam, ich hab' auch Lust auf mehr! :o)

dienstag_01 hat geschrieben:

Du musst es ja wissen.

Wenn du verstanden hättest, dass Banding nicht dann entsteht, wenn mehr Werte auf weniger umgerechnet werden, sondern genau umgekehrt, weniger Werte auf mehr, dann könnte man dir das Kompliment ebenfalls machen ;)

Ich gebe offen zu, dass ich von dem hier (noch) nicht so viel verstehe wie ihr wohl alle.

Aber wenn kein Banding entsteht, wenn man von viel auf wenig geht, erklärt mir dann wer wieso man in Blurays oft so hässliches Banding hat?
"Die Frau in Schwarz" fällt mir da sofort ein; der Nebel war ein Horror

Aber wenn kein Banding entsteht, wenn man von viel auf wenig geht, erklärt mir dann wer wieso man in Blurays oft so hässliches Banding hat?
"Die Frau in Schwarz" fällt mir da sofort ein; der Nebel war ein Horror

Ist doch auch ein Horrorfilm, oder ;)
Aber im Ernst, das liegt natürlich grundsätzlich an der Komprimierung.

Edit: Eine andere Möglichkeit wäre auch, den Film auf einem Panel mit weniger als 8bit abzuspielen. Manche Screen schaffen nur 6 (obwohl 8bit angegeben sind).

CameraRick hat geschrieben:wieso man in Blurays oft so hässliches Banding hat?
"Die Frau in Schwarz" fällt mir da sofort ein; der Nebel war ein Horror

Gesehen wie? Blu-ray-Player/Fernseher oder am Rechner?

Ja, das mit dem Horror war schon ein gewolltes Wortspiel :)

Gesehen auf einem iMac; aber derartige Artefakte sind mir auch am TV (irgendso ein LG Monster) aufgefallen, nur bei "Frau in Schwarz" fiel es mir besonders stark auf.

CameraRick hat geschrieben:Aber wenn kein Banding entsteht, wenn man von viel auf wenig geht, erklärt mir dann wer wieso man in Blurays oft so hässliches Banding hat?
"Die Frau in Schwarz" fällt mir da sofort ein; der Nebel war ein Horror

Mit 95% Wahrscheinlichkeit ist dieses Banding ein Komprimierungsartefakt durch eine zu geringe Bandbreite, und hat weder etwas mit der Sensordynamik noch mit der 8bit Abtastung zu tun. Die meisten stark komprimierenden Codecs haben Probleme mit flachen Farbverläufen (dein Beispiel mit Nebel ist ja aus dieser Kategorie).