slashCAM Forum

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Warum negativer Gain die Dynamik verringern kann

Würde mich interessieren, woher diese Kurven stammen. Kann sein, dass sie stimmen, aber mit meinen Beobachtungen stimmen sie nicht überein. Die sich verändernde Steilheit der Kurven sagt nämlich nichts anderes aus, als dass sich das Gamma (also das Kontrastverhalten) mit dem gewählten Gain dramatisch verändert. Ich habe eher den Eindruck dass eine Gainveränderung mit einem Parallelverschieben der Kurven zu tun hat, also in der Wirkung eher einem allgemeinen Pixelshifting nahe kommt. Außerdem bedeutet Gain Null ja nicht, dass keine Verstärkung des Sensorsignal stattfand.
Aber lassen wir mal Wowu dazu Stellung nehmen :-)

Alle drei Kurven sollten durch den Nullpunkt gehen und die gruene Kurve sollte beim Erreichen von 100% den Knick haben (und nicht erst spaeter).

Soll aber sicher nur eine Illustration sein, keine exakte Darstellung.

Das mit dem Nullpunkt ist ganz sicher kein Versehen, die beschreiben das ja genau auch noch mit dem Pfeil.

camworks hat geschrieben:Das mit dem Nullpunkt ist ganz sicher kein Versehen, die beschreiben das ja genau auch noch mit dem Pfeil.

Null multipliziert mit einer beliebigen Zahl bleibt Null. Konstanter reiner "Gain" ist die Multiplikation mit einer Zahl. Wenn der Sensor eine Null liefert, kann da nicht plötzlich etwas anderes rauskommen.

Wenn man davon ausgeht, dass Gain Null keineswegs keine Signalverstärkung bedeutet, dann kann man die Aussage von Alister Chapmen extrem auch so interpretieren: mit einer Gainverstärkung kann der Dynamikumfang einer Kamera erhöht werden.
Meine Gegentheorie: kompletter Unsinn und Chapman hat seine eigene nicht haltbare Theorie mit einer unsinnigen selbst erstellten Grafik zu untermauern versucht :-)
Aber nach langen Diskussionen werden die Wahrheit schon noch herausfinden. Man bedenke: was sagen uns die unterschiedlichen Bilder von DSLRs mit 100 oder 12800 ASA, also mit verstärktem Gain aufgenommen eigentlich? Dynamikumfang bleibt ziemlich konstant, die Belichtungssteuerung verschiebt die Kurve nur parallel auf 15-235 und das Rauschen wird immer stärker.
Genauso reagiert meine XF100: wurscht welchen Gain ich bei genügend Licht einstelle, die Unterschiede im Bild liegen letzlich nur im Rauschen und nach meinem Empfinden keinesfalls im Dynamikumfang.

Wie sollte man schon einen absoluten NULL Punkt in einem Sensorpixxel bei Lowlight schon erreichen. Einige Photonen erreichen schliesslich immer den Sensor, nur legen Sie unterhalb dem Messbarem 1/230 (bei 8bit). Wenn mann die unter 0 Werte nun verfielfacht kann mann durchaus noch Detailinformationen gewinnen, aber durch die multiplizierung das schon so unzuverlässige Zahlen erreicht man eine Rauschmatrixx.

Seltsam, wenn ich in der Postpro am Gain drehe, passierrt genau das, was die Grafik zeigt. In der Kamera nach eurer Meinung also nicht. Warum dann einige Heinis überhaupt noch ND Filter verbauen/verwenden, wird dann wohl ihr Geheimnis bleiben ;)

Ich glaube hier gibt es ein paar Missverständnisse, was Verstärkung (Gain) bedeutet.

Eine Verstärkung von "Null", d.h. keine Verstärkung, bedeutet, dass das Ausgangssignal mit der Zahl 1 multipliziert wird. Verstärkung bedeutet eine Multiplikation mit einer Zahl größer 1, Abschwächung Multiplikation mit einer Zahl kleiner 1, aber größer gleich 0.

Ob in der Praxis vom Sensor ein kleiner Mindestwert und etwas Rauschen geliefert wird (Grundrauschen), spielt für die theoretischen Überlegungen zum Glück keine Rolle.

TheBubble hat geschrieben:

camworks hat geschrieben:Das mit dem Nullpunkt ist ganz sicher kein Versehen, die beschreiben das ja genau auch noch mit dem Pfeil.

Null multipliziert mit einer beliebigen Zahl bleibt Null. Konstanter reiner "Gain" ist die Multiplikation mit einer Zahl. Wenn der Sensor eine Null liefert, kann da nicht plötzlich etwas anderes rauskommen.

Ich habe nicht geschrieben, dass die Grafik korrekt ist!

Ich habe nur auf deine Vermutung reagiert: "Soll aber sicher nur eine Illustration sein, keine exakte Darstellung."

dienstag_01 hat geschrieben: Warum dann einige Heinis überhaupt noch ND Filter verbauen/verwenden, wird dann wohl ihr Geheimnis bleiben ;)

Ganz und gar nicht. Erstens wollen sie keine Belichtungszeiten unter 1/50 (Stroboeffekt) und zweitens wollen manche mit ziemlich offener Blende wegen DOF arbeiten.

camworks hat geschrieben: Ich habe nicht geschrieben, dass die Grafik korrekt ist!

Ich habe nur auf deine Vermutung reagiert: "Soll aber sicher nur eine Illustration sein, keine exakte Darstellung."

Achso. Ich wollte mit dem Satz nur andeuten, dass ich bei allgemeinen Erläuterungen nicht in jeder Abbildung nach Ungenauigkeiten suchen bzw. wenn eine solche auffällt über diese hinwegsehen würde.

@domain
Ich fass für dich nochmal den Slashcam Artikel zusammen, da du ja keine Zeit zum Lesen hast:
Drehen mit offener Blende bei sehr heller Situation -> ND Filter
Da ND nicht überall vorhanden, wird auf negatives Gain ausgewichen
Das Ergebnis ist nicht identisch. Warum nicht, beschreibt die Grafik.

Logischer Weise ist das Ergebnis nicht identisch, aber die Grafik ist m.E. mal auf jeden Fall falsch. Keinesfalls kommt es bei höherem Gain zu einer Kontrastaufsteilung. Manche sagen, ja ist ja das ja nicht so wichtig, die Grafik wollte nur was exemplarisch zeigen, halt ein bisschen Unwissenheit beim Zeichnen dabei gewesen.
Nein, die Grafik ist meiner Meinung nach total falsch, aber warten wir mal ab, was ein wirklicher Fachmann dazu sagt

domain hat geschrieben:Keinesfalls kommt es bei höherem Gain zu einer Kontrastaufsteilung.

Zu was denn sonst?!
Probiers aus.
Und, um auf meinen ersten Beitrag zurückzukommen, was wäre ansonsten der Unterschied zu einem echten ND?

Ohje ..
Ist dir denn nicht mal der Unterschied zwischen der Steigung einer Kurve und ihrer allgemeinen Höhe gegenüber der X-Achse bekannt, die selbst bei X=0 gegeben ist?
Y = cX + D. Bei Video entsprich D gewöhnlich dem Bitwert 15, darunter kann nichts mehr aufgezeichnet werden.
Die Höhe D bestimmt die allgemeine konstante Helligkeit gegenüber Schwarz und der Faktor c bestimmt die Steilheit des Anstieges der Kurve, also das Gamma

Wer das mit Full-Well-Kapazität und der Quanteneigenschaft des Lichts ansatzweise verstanden hat, der sollte auch sofort verstehen können, warum elektronische NDs bzw. negatives Gain die Dynamik nur reduzieren KANN. Es gibt da noch ein paar pragmatische Erwägungen bei, die solche Einstellungen auf vielleicht maximal -1 Blende noch sinnvoll machen, aber dann ist auch Schluss, und die diesbezügliche Ausstattung real existierender Kameras beweist das letzten Endes auch.

Kein Mensch würde auf die Idee kommen 'Och doof, ich brauch offene Blende mit ner 48stel, belichte ich einfach mal 4 Blenden drüber und korrigiere das dann im Grading'. Aber so ein Schalterchen an der Kamera soll's richten? Nunja, soll ja Leute geben, die ihre Offen-Blende VDSLR Aufnahmen ungeschnitten direkt über HDMI an die Wohnzimmerglotze schicken, für die wäre sowas natürlich praktisch...

- Carsten

Die Kurven stimmen. Hab damit fast täglich in der Kameraentwicklung zu tun.

Bei unseren Kameras (Modula MK2) kann ich auch vom Base Gain runter gehen, aber dann werden irgendwann nicht mehr die 100% erreicht. Dafür wird das Schwarz unten herausgedrückt, was ein cleaneres Bild ergibt.

Also meiner Meinung nach stimmen die Kurven mal ziemlich sicher nicht, aber die BBC empfiehlt als Standardeinstellung für die XF100 z.B. -6 DB Gain. Scheinbar liegt dort das Base-Gain, was mir bei einem 14-Bit AD-Wandler als noch durchaus plausibel vorkommt.
So du wie es beschreibst ist natürlich klar: wenn oben >= 235 nicht mehr erreicht werden kann und unten weggeschnitten wird, dann leidet die Dynamik darunter, aber so läuft das m.E. im Normalfall eben nicht.

Angry_C hat geschrieben:Die Kurven stimmen. Hab damit fast täglich in der Kameraentwicklung zu tun.

Dann erklaere mal, wie die rote Kurve es schafft, durch reinen Gain einen negativen (!) Sensor-Output zu erreichen.

Und bitte sage nicht einfach, dass Achsenbeschriftungen fehlen und man das alles ganz anders lesen muss.

TheBubble hat geschrieben:

Angry_C hat geschrieben:Die Kurven stimmen. Hab damit fast täglich in der Kameraentwicklung zu tun.

Dann erklaere mal, wie die rote Kurve es schafft, durch reinen Gain einen negativen (!) Sensor-Output zu erreichen.

Und bitte sage nicht einfach, dass Achsenbeschriftungen fehlen und man das alles ganz anders lesen muss.

Wo siehst du negativen Sensor-Output???? Die Kurven wurden unglücklicherweise über das Achskreuz gezeichnet.Sonst nix....

domain hat geschrieben:Also meiner Meinung nach stimmen die Kurven mal ziemlich sicher nicht, aber die BBC empfiehlt als Standardeinstellung für die XF100 z.B. -6 DB Gain. Scheinbar liegt dort das Base-Gain, was mir bei einem 14-Bit AD-Wandler als noch durchaus plausibel vorkommt.
So du wie es beschreibst ist natürlich klar: wenn oben >= 235 nicht mehr erreicht werden kann und unten weggeschnitten wird, dann leidet die Dynamik darunter, aber so läuft das m.E. im Normalfall eben nicht.

Es sagt auch niemand,dass das der Normalfall ist. Möglich ist es aber nunmal, wenn man die volle Kontrolle über den Sensor und die Gainstufen hat.

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Na ja, schon klar, wenn man sich den 100% Luminanz-Level auf Null zieht, hat man kein Bild mehr.
An der Dynamik hat man allerdings nicht verändert, weil die am Sensor festgelegt wird, wohl aber an der Sichtbarkeit der Fehler (Rauschen z.B.).
Mit andern Worten, die Dynamik ist weiterhin vorhanden, wird aber nicht sichtbar gemacht, weil man das Bild einfach zu dunkel gezogen hat.
Aber das erste Photon wird immer die erste Blende bleiben, egal vo mein Gain Regler steht.

Das wäre eigentlich eine klassische Anwendung für die Post, denn wenn ich mir die Rauschanteile ins Schwarz ziehe, kann ich das auch in der Post und laufe nicht Gefahr, mir mein Footage unwiderruflich zu ruinieren denn wenn ich Weiss hinterher wieder anhebe, verbiege ich meine Gammakurve.
Nicht umsonst macht man Black UND White Blanace.
Und ist die Zeit, Rauschen mit dem Gain Zuleibe zu rücken nicht auch schon lange vorbei?

WoWu hat geschrieben:Und ist die Zeit, Rauschen mit dem Gain Zuleibe zu rücken nicht auch schon lange vorbei?

Stichwort: Panasonic AG-HPX300

Deti

Angry_C hat geschrieben: Wo siehst du negativen Sensor-Output???? Die Kurven wurden unglücklicherweise über das Achskreuz gezeichnet.Sonst nix....

Die X-Achse schneidet normalerweise, wenn nichts anders angegeben, die Y-Achse bei y=0, die Y-Achse schneidet die X-Achse analog bei x=0. Die X-Achse ist mit Sensor Output beschriftet, die Y-Achse mit Camera Output. Da weder ein negativer Sensor- noch Camera Output sinnvoll ist (weniger als gar kein Licht?), können die Kurven nur im oberen rechten Quadranten verlaufen. In der Abbildung beschränkt sich aber keine Kurve darauf. Die Abbildung ist also mindestens unpräzise.

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Also, nun kommt aber mächtig die Quantisierung ins Spiel, an der ändert man aber mit dem Gain nichts.
Man darf da nicht mehr hinein interpretieren, als wirklich drin ist.
Das ganze ist nichts anderes als eine Pegel Stauchung. Will man hinterher wieder 100% Weiss haben, verändert man den Gamma Verlauf.

Und ein ND setzt auch nur ein Helligkeitsoffset. Verläufe ändern sich bei einem guten ND nicht.

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... ich finde negativer Gain sollte rechtschaffend mit der Emission von Photonen, ausgehend von der Sensorebene, verbunden sein.

Deti

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@Reiner:

Du interpretierst da Dinge in die Abbildung rein, die sie für sich alleine nicht hergibt.

Was Speicherfehler angeht: Deswegen gibt es ECC RAM.

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Das ist ein Märchen, da das Erdmagnetfeld die Sonnen-Teilchen an die Pole lenkt. Bzw. an der Erde vorbei lenkt.
Hingegen in Satelliten und Raumschiffen können in der Umlaufbahn einzelne Bits statistisch gesehen kippen. Dafür gibt es ECC (Fehlerkontrolle) und Abschirmung (schwierig).

Zu negativem Gain würde ich sagen.
- nicht linear, da der Sensor nicht linear ist
- hat nichts mit der Sensorempfindlichkeit zu tun
- helle Bereiche werden geclippt
- dunkle Bereiche mit geringer Ladung des Sensor, werden wenig verstärkt.

Der Schwarzanteil ist stärker vertreten und helle Bereiche vom Sensor werden trotzdem geclippt.
Insofern ist es für mich logisch, dass die Dynamik für die Bildverarbeitung geringer ist.

Jetzt begebe ich mich aufs Glatteis.
Nicht lineare Verstärkung hat selbstverständlich auf die Farbzusammensetzung einen Einfluss (WB).
Also müsste zur Kompensation jeder Farbkanal einen eigenen Verstärker haben (Wellenlänge Empfindlichkeit).
Debayering gehört zur Bildverarbeitung.
Das wäre aber kein Regelkreis mit Feedback, sondern ein fest vorgegebener Verstärkungsfaktor (Performance). Da ein Sensorsignal, denke ich trotz "-" Gain immer verstärkt wird.
Aber da ich das nicht weiss, ist das Spekulation.

Gruss Tiefflieger