สาเหตุทางกายภาพของการตัดคืออะไร

สิ่งที่ จำกัด เซ็นเซอร์กล้องดิจิตอลที่ทันสมัยในการจับภาพความเข้มแสงเกินจุดที่แน่นอน?

สิ่งที่ จำกัด เซ็นเซอร์กล้องดิจิตอลที่ทันสมัยในการจับภาพความเข้มแสงเกินจุดที่แน่นอน?

ในแง่ของคุณสมบัติทางกายภาพของเซ็นเซอร์นั้น:

จำนวนการโจมตีด้วยโฟตอนและจำนวนของอิเล็กตรอนอิสระที่เกิดจากการชนของโฟตอนดังกล่าวจนกว่าจะไม่มีอิเล็กตรอนที่พร้อมใช้งานอีกต่อไปที่มีศักยภาพที่จะถูกปลดปล่อยภายในแต่ละโฟโต้ไซต์ (a / k / a เซ็นเซอร์, พิกเซลดี ฯลฯ ) ความจุ มันไม่ได้แตกต่างจากฟิล์มมากนักเมื่อถึงความอิ่มตัวเต็มเมื่อไม่มีผลึกซิลเวอร์เฮไลด์ที่เหลืออยู่ในอิมัลชันที่ยังไม่มี 'ความไวจุด' ที่จะเปลี่ยนเป็นเงินอะตอมโดยนักพัฒนา. ความแตกต่างที่สำคัญคือรูปร่างของเส้นโค้งการตอบสนองเมื่อแต่ละเทคโนโลยีใกล้เต็มประสิทธิภาพ ผลลัพธ์แบบดิจิตอลมีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากันต่อโฟตอนที่ปล่อยออกมาจนกว่าจะถึงความจุที่สมบูรณ์ เมื่อฟิล์มใกล้เต็มความอิ่มตัวพลังงานแสง (หรือเวลาในการพัฒนา) จำเป็นต้องเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ เพื่อส่งผลกระทบต่อเกลือเงินที่เหลืออยู่

ในแง่ของการบันทึกแรงดันไฟฟ้าแบบอะนาล็อกเป็นข้อมูลดิจิตอล:

เมื่อแรงดันไฟฟ้าอะนาล็อกจากแต่ละ photosite (a / k / a 'sensel', 'pixel well' ฯลฯ ) ถูกอ่านจากเซ็นเซอร์การขยายจะถูกนำไปใช้กับสัญญาณ การตั้งค่า ISO ของกล้องเป็นตัวกำหนดว่าจะใช้การขยายสัญญาณเท่าใด สำหรับการหยุด ISO ที่เพิ่มขึ้นแต่ละครั้งจะใช้การขยายสัญญาณมากขึ้นสองเท่า หากความไวของ "ฐาน" ของกล้อง (เพื่อความเรียบง่ายเราขอเรียก ISO 100 แอมพลิฟายเออร์ที่ 1.00X ซึ่งแรงดันไฟฟ้าอินพุตเท่ากับแรงดันเอาท์พุท) จากนั้นภาพถ่ายที่มีความจุเต็มที่จะส่งผลให้อ่านแรงดันไฟฟ้าสูงสุด วงจรแอนะล็อกที่ป้อน ADC หากใช้การขยาย ISO 200 (2.0X) แรงดันไฟฟ้าจากเซ็นเซอร์ใด ๆ ที่มีความจุเต็มหนึ่งครึ่ง (1/2) หรือมากกว่านั้นจะถูกขยายเป็นแรงดันสูงสุดที่อนุญาตให้ใช้ในวงจรขยายโพสต์

การขยายใด ๆ ที่มากกว่า 1.0X จะใช้ "เพดาน" ต่ำกว่าความจุเต็มของแต่ละโฟโต้ไซต์ เมื่อใช้แอมพลิฟายเออร์สูงสัญญาณที่อ่อนกว่าความจุแบบเต็มก็จะถึงความจุแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของวงจรที่ต่อเนื่องจากแอมพลิฟายเออร์ ระดับสัญญาณที่ขยายไว้ล่วงหน้าใด ๆ ที่แรงพอที่จะ "ตรึงมิเตอร์" หลังจากการขยายสัญญาณนั้นไม่สามารถแยกแยะได้จากระดับสัญญาณที่ขยายสัญญาณล่วงหน้าอื่นใดที่จะ "ตรึงมิเตอร์"

เมื่อสัญญาณอะนาล็อกที่ขยายแล้วเหล่านี้ถูกแปลงเป็นข้อมูลดิจิตอลโดยตัวแปลงอนาล็อกเป็นดิจิตอล (ADC) สัญญาณที่ความจุแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของวงจรจะถูกกำหนดค่าสูงสุดที่อนุญาตโดยความลึกบิตของการแปลงแบบอนาล็อกเป็นดิจิตอล หากแปลงเป็นค่า 8 บิตแรงดันไฟฟ้าจะถูกกำหนดค่าเป็นเลขฐานสองระหว่าง 0-255 สัญญาณสูงสุดที่อนุญาตโดยวงจรอนาล็อกที่ป้อน ADC จะถูกบันทึกเป็น 255 หาก 14 บิตแรงดันไฟฟ้าจะถูกกำหนดค่าระหว่าง 0-16,383 กับค่าสูงสุดที่กำหนดเป็นค่าไบนารีของ 16,383 และอื่น ๆ

Takeaway สำหรับเมื่อคุณกำลังถ่ายภาพจริง:

คุณจะได้รับความแตกต่างมากที่สุดและจำนวนการไล่สีที่ดีที่สุดระหว่างองค์ประกอบที่สว่างที่สุดและมืดที่สุด²ในฉากที่คุณถ่ายภาพเมื่อการขยายอยู่ที่ความไว "ฐาน" ของกล้องและเวลาชัตเตอร์และรูรับแสงรวมกันเพื่อให้องค์ประกอบที่สว่างที่สุดใน ฉากเพียงพอที่จะรับแสงหรือใกล้เต็มความอิ่มตัว การใช้ค่า ISO ที่สูงขึ้นจะมีประโยชน์หากไม่สามารถเปิดเผยเป็นเวลานานหรือมีรูรับแสงกว้างพอที่จะเข้าใกล้ความอิ่มตัวของไฮไลท์ในฉากสำหรับภาพที่คุณต้องการ แต่การใช้ค่า ISO ที่สูงขึ้นนั้นมาในราคา ช่วงไดนามิกทั้งหมดจะลดลงตามการขยายสัญญาณที่สูงขึ้นของสัญญาณไฟฟ้าที่หลุดออกจากเซ็นเซอร์

ทำไมเราไม่ถ่ายที่ ISO 100 เสมอหรืออะไรก็ตาม ISO พื้นฐานของกล้องแล้วผลักการเปิดรับแสงภายหลังในโพสต์? เพราะการทำเช่นนั้นมีแนวโน้มที่จะขยาย "สัญญาณรบกวน" ในภาพมากกว่าการถ่ายด้วยค่า ISO ที่สูงขึ้น ยิ่งไปกว่านั้นขึ้นอยู่กับจำนวนและตำแหน่งที่ลดสัญญาณรบกวน แต่การลดอิทธิพลของเสียงรบกวนโดยใช้การลดเสียงรบกวนกับแรงดันไฟฟ้าแบบอะนาล็อกที่หลุดออกมาจากเซ็นเซอร์ก็มาพร้อมกับราคาแหล่งกำเนิดแสงที่สลัวมากมักถูกกรองเป็น "เสียง" นั่นเป็นสาเหตุที่กล้องบางตัวที่มีแสงน้อย / ความไวแสง ISO สูงมากในแง่ของการลดเสียงรบกวนยังเป็นที่รู้จักกันในนาม "นักกินดาว" โดยนักโหราศาสตร์

_{¹พลังงานที่มีอยู่ในโฟตอนนั้นมีการแปรผันเล็กน้อยตามความถี่ที่มันสั่น โฟตอนที่สั่นด้วยความถี่ต่ำจะปล่อยพลังงานน้อยลงเล็กน้อยเมื่อกระทบประสาทสัมผัสมากกว่าโฟตอนที่สั่นด้วยความถี่สูง แต่สำหรับโฟตอนที่สั่นด้วยความถี่ / ความยาวคลื่นเฉพาะปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาเมื่อกระทบก้นหลุมของพิกเซลจะเท่ากันจนกว่าจะถึงความจุเต็มพิกัด}

_{²เราเรียกความแตกต่างระหว่างองค์ประกอบที่มืดที่สุดและสว่างที่สุดที่สามารถบันทึกได้โดยเซ็นเซอร์ (หรือฟิล์ม) ช่วงไดนามิกของสื่อบันทึก สำหรับการหยุดความไวที่เพิ่มขึ้น (ISO) ด้วยกล้องดิจิตอลความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นระหว่าง "ศูนย์" และ "ความอิ่มตัวเต็ม" จะลดลงครึ่งหนึ่ง เมื่อแปลงเป็นสเกลลอการิทึมเช่น 'Ev' การเพิ่มความไวเป็นสองเท่าจะส่งผลให้ลดช่วงไดนามิกในช่วง 'หยุด' หนึ่งครั้ง (ทั้งหมดเท่ากันซึ่งไม่เคยมีมาก่อน)}

เพิ่มคำตอบที่ยอดเยี่ยมของ Michael Clark (อธิบายการตัดเต็มความจุและการตัด ADC) มีจุดอื่น ๆ อีกหลายจุดในระบบถ่ายภาพดิจิตอลที่สามารถเกิดการตัดได้:

• สำหรับภาพที่ไม่ใช่ RAW ระหว่างการแก้ไขสีอุปกรณ์ / การปรับแกมม่าอัตโนมัติก่อนการบีบอัดและระหว่างการบีบอัดเอง

  เมื่อคุณบีบอัดรูปภาพเป็น JPEG หรือ MPEG ฮาร์ดแวร์จะตัดทอนความลึกของบิตเป็นสิ่งที่สื่อที่ถูกบีบอัดสนับสนุนซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะน้อยกว่าความลึกบิตของฮาร์ดแวร์มาก เนื่องจากการตัดทอนค่าที่อยู่ใกล้ทั้งสองส่วนของความสว่างจะหายไป

  ก่อนการบีบอัดกล้องของคุณใช้การแก้ไขสีและการปรับแกมม่าที่อาจส่งผลต่อช่วงไดนามิกที่มีประสิทธิภาพซึ่งเหมาะสมกับความลึกของบิตที่มีให้โดยคอมเพรสเซอร์ ตัวอย่างเช่นเมื่อบันทึกวิดีโอในโหมด Canon Log ส่วนที่มืดที่สุดและเบาที่สุดของฉากจะถูกดึงเข้าหาศูนย์กลางทางคณิตศาสตร์เพื่อให้ช่วงไดนามิกที่มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญและส่วนของภาพจะถูกตัดที่ปลายทั้งสอง

• ระหว่างการประมวลผล เมื่อทำการประมวลผลภายหลังซึ่งเปลี่ยนแปลงความสว่างของภาพอย่างมีนัยสำคัญเป็นไปได้ที่ขั้นตอนแรกของการคำนวณจะทำให้ค่าเกินช่วงที่สามารถแสดงได้อย่างถูกต้องโดยจำนวนบิตที่ใช้เพื่อเก็บไว้ ในขณะที่หายากบางครั้งสิ่งนี้จะเกิดขึ้นและเมื่อเป็นเช่นนั้นก็สามารถทำให้เกิดการตัดได้แม้ในพื้นที่ของภาพถ่ายที่ไม่ได้ถูกตัดจริงในภาพต้นฉบับ

• ในระหว่างการแก้ไขขอบเขตสีขณะพิมพ์หรือแสดงภาพ เมื่อทำการแก้ไขสีบางครั้งคุณสามารถรับค่าที่อยู่นอกขอบเขตที่สามารถทำซ้ำได้อย่างถูกต้องโดยสื่อออก ณ จุดนั้นเอ็นจิ้นสีจะต้องตัดสินใจว่าจะทำอย่างไรกับค่าที่เกินขอบเขต สิ่งนี้ยังส่งผลให้เกิดการตัดได้อย่างมีประสิทธิภาพแม้ว่าจะดูแตกต่างจากที่คนส่วนใหญ่คิดเมื่อพวกเขาพูดถึงการเล็มภาพ

คำอธิบายเชิงประจักษ์ง่าย:

ดูหลอดไฟที่สว่างมากถ้าแสงสว่างพอคุณจะไม่สามารถมองเห็นด้านในของหลอดเพราะรูม่านตาของคุณสามารถปิดได้มากขึ้นและยังมีแสงมากเกินไปที่จะกระทบกับเรตินาของคุณอิ่มตัวและข้อมูลที่ถึง สมองของคุณถูกตัด (คุณจะเห็นเพียงแสงสว่างจ้า แต่ไม่ใช่รายละเอียดภายในแสง) นั่นเป็นหนึ่งในเหตุผลที่ว่าทำไมหากคุณลองคุณไม่ควรมองตรงไปยังท้องฟ้าที่ชัดเจนในเวลากลางวันคุณจะไม่สามารถมองเห็นดวงอาทิตย์ได้ แต่มีแสงสว่างมาก (ระวังอย่าพยายามทำโดยไม่ต้อง การป้องกันที่เหมาะสมสามารถทำให้ดวงตาของคุณเสียหายอย่างถาวรหรืออุปกรณ์ถ่ายภาพเลนส์และเซ็นเซอร์)

เซ็นเซอร์ใด ๆ ทำงานในลักษณะเดียวกัน (จากกล้องของคุณหรืออย่างอื่น) เมื่อสัญญาณ (ในกรณีนี้แสง) สูงเกินไปสำหรับความจุของมัน (ถึงระดับความอิ่มตัว) มันจะคลิปข้อมูลเพิ่มเติมใด ๆ ก็ไม่สามารถแยกแยะสัญญาณได้มากขึ้นผ่านสัญญาณสูงเพียงแบนโดยไม่มีข้อมูลที่มีค่าใด ๆ