ช่วงไดนามิกจะมีขนาดใหญ่กว่าความลึกบิตของเซ็นเซอร์ได้อย่างไร

พบบางสิ่งที่ทำให้ฉันสับสนดังนั้นฉันจึงคิดว่าฝูงชนที่นี่อาจตอบคำถามนี้ได้เนื่องจากกล้องและเทคนิคของมันในเวลาเดียวกัน

ช่วงไดนามิกจะมีขนาดใหญ่กว่าความลึกบิตของเซ็นเซอร์ได้อย่างไร

มีคนส่งผลลัพธ์ DXOMark ให้ฉันสำหรับ Pentax K-5 ซึ่งแสดงช่วงไดนามิกไดนามิก 14.1 EV ที่ ISO ต่ำสุด อย่างไรก็ตามเนื่องจากเซ็นเซอร์เป็น 14 บิตสิ่งนี้ไม่เหมาะกับสัญชาตญาณของฉัน ... ดูเหมือนว่าอุปกรณ์เชิงเส้นอย่างเช่นเซ็นเซอร์ CMOS สามารถจับ DR ได้มากกว่าที่มีบิต มันจะมีช่วงไดนามิกกระจัดกระจายข้าม EVs ที่อยู่ตรงกลางหรือไม่

Cambridge in Color มีบทความที่ดีมากเกี่ยวกับเรื่องนี้ หากเซ็นเซอร์มีตัวแปลงสัญญาณเชิงเส้น A / D ความลึกของบิตจะ จำกัด ช่วงไดนามิกที่ 14 EVs เป็นขีด จำกัด ทางทฤษฎี อย่างไรก็ตามหากไม่ใช่เชิงเส้นความลึกของบิตไม่จำเป็นต้องสัมพันธ์กัน จากนั้นฉันคิดว่าเราสามารถตัดสินได้ว่าเซ็นเซอร์ใน K-5 ไม่มีตัวแปลงสัญญาณเชิงเส้น A / D

ฉันสามารถพูดได้จากประสบการณ์ส่วนตัวว่าเซ็นเซอร์นี้มีช่วงไดนามิกที่กว้างใหญ่อย่างแน่นอน ฉันจัดการเพื่อกู้คืนรูปภาพที่ใกล้เคียงกับ 8 stop underexposed ใน K-5

ช่วงไดนามิกจะมีขนาดใหญ่กว่าความลึกบิตของเซ็นเซอร์ได้อย่างไร

ช่วงไดนามิกเป็นลอการิทึมของอัตราส่วนระหว่างความเข้มและความเข้มที่เข้มที่สุดของส่วนเชิงเส้นของส่วนโค้งความรู้สึก อาจมีคำจำกัดความอื่น ๆ แต่โดยทั่วไปแล้วจะได้มาจากอัตราส่วนของความเข้มสองระดับคุณสมบัติทางกายภาพของฉาก มันเป็นจำนวนจริง

Bit-depth คือจำนวนบิตต่อแชนเนลที่ใช้ในการหาค่าตัวแปรต่อเนื่อง ความลึกของบิตที่มากกว่าจะให้เฉดสีเทาที่ต่างกันมากขึ้น เป็นคำถามที่แสดงให้เห็นถึงภาพในหน่วยความจำคอมพิวเตอร์อย่างแท้จริง

ช่วงไดนามิกแสดงถึงความแตกต่างของเซ็นเซอร์ที่สามารถลงทะเบียนได้ ความลึกบิตแสดงถึงจำนวนสีที่แตกต่างของกล้องที่สามารถ“ ตั้งชื่อ” ให้ หรือแบ่งเป็นกล้องกี่ชิ้น หากกล้องเป็นไม้บรรทัดดังนั้นช่วงไดนามิกจะเป็นความยาว (ลอการิทึมของ) ของไม้บรรทัดและความลึกบิตจะเป็นจำนวนเครื่องหมาย (ลอการิทึมของ) ตามขอบของมัน และคุณสามารถแบ่งความยาวออกเป็นชิ้น ๆ ได้มากเท่าที่คุณต้องการ ความลึกบิตไม่จำเป็นต้องเหมือนกับช่วงไดนามิก

หากช่วงไดนามิกเป็นS EV และความลึกของบิตคือnหมายความว่ากล้องสามารถบันทึกฉากที่มีคอนทราสต์น้อยที่สุดเท่ากับ

(จริง ๆ แล้วอีกเล็กน้อยถ้าคุณใช้ส่วนที่ไม่ใช่เชิงเส้นของกราฟการตอบสนองของเซ็นเซอร์) และคุณสามารถแยกแยะทางทฤษฎีได้

โทนสีเทา.

ฉันเป็นเจ้าของกล้องคอมแพคซึ่งสามารถเขียน RAW 12 บิต ทั้งๆที่มีความลึกบิตสูงช่วงไดนามิกนั้นค่อนข้างเรียบง่าย คุณสามารถถ่ายภาพสถานการณ์ที่ตรงกันข้ามได้เมื่อเซ็นเซอร์สามารถบันทึกฉากที่มีคอนทราสต์สูงโดยไม่มีการเปิดรับแสงมากเกินไป แต่หากความลึกของบิตต่ำ

ก่อนอื่นต้องมีความชัดเจนช่วงไดนามิกมีความสัมพันธ์แบบผกผันกับเสียงรบกวน - เสียงต่ำ (เท่ากันทั้งหมด) นำไปสู่ช่วงไดนามิกที่กว้างขึ้น เสียงรบกวนส่วนใหญ่มาจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของเซ็นเซอร์ (อ่านเสียง, เสียงมืดในปัจจุบัน), จากธรรมชาติของแสงที่ไม่ต่อเนื่อง (เสียงโฟตอน / ช็อตการยิง) และจากการแปลงจากอะนาล็อกเป็นดิจิตอล

คะแนนช่วงไดนามิกของเครื่องหมาย DXO นั้นขึ้นอยู่กับความแตกต่างระหว่างความเข้มของแสงที่จำเป็นในการอิ่มตัวเซ็นเซอร์และความเข้มของแสงที่ SNR เข้าชม 1: 1 (เช่นจุดที่สัญญาณเท่ากับเสียง)

คุณคาดหวังว่าในกรณีที่ไม่มีเสียงรบกวนจากการยิงและเสียงรบกวนที่อ่านได้ว่า DR ของเซ็นเซอร์ที่มีการตอบสนองเชิงเส้นจะเท่ากับความลึกบิต เมื่อพิจารณาจากคะแนนของ K-5 ต่อหน้าแหล่งกำเนิดของเสียงรบกวนนั้นบ่งบอกว่าท่อส่งภาพมีระดับความไม่เชิงเส้นปานกลาง (เซ็นเซอร์ทุกตัวมีความไม่เชิงเส้นบางส่วน) อาจออกแบบวิธีนั้นเพื่อเพิ่มช่วงไดนามิก

ความไม่เป็นเชิงเส้นช่วยให้พ้นขีดจำกัดความลึกของบิตบิตของสิ่งที่คุณได้รับจากการไล่เฉดในเงาที่คุณสูญเสียไปในที่อื่นใน tonecurve ไม่มีสิ่งนั้นเป็นอาหารกลางวันฟรี!

สำหรับ K-5 นั้นเป็นคลาสที่มีความไวแสง ISO ต่ำซึ่งจะพิจารณาจากเสียงรบกวนการอ่านเป็นหลัก มันยอดเยี่ยมมากที่เห็นผู้ผลิตหันความสนใจไปที่บริเวณนี้และสมควรได้รับความสนใจอย่างทั่วถึงอย่างไรก็ตามช่วงไดนามิกที่ความไวแสง ISO สูงกว่านั้นถูกควบคุมด้วยเสียงโฟตอนซึ่งถูกโต้กลับด้วยการจับแสงที่มากขึ้นเท่านั้น . ในขณะที่บางคนถ่ายภาพ ISO400 ขึ้นไปส่วนใหญ่ดังนั้นจึงคุ้มค่าที่จะคำนึงถึงเรื่องนี้!

"ช่วงไดนามิก" (DR) ไม่ใช่ลักษณะที่แน่นอน

คำจำกัดความที่หยาบที่สุดของ DR คือ "อัตราส่วนระหว่างความเข้มสีเทาที่สว่างที่สุดและมืดที่สุดซึ่งเซ็นเซอร์สามารถบันทึกได้ดี"

DR ของเซ็นเซอร์ดิจิตอลนั้นได้มาจากการวัดสองแบบ:

1. ความเข้มของการตัดภาพ (สำหรับช่องทางที่อ่อนไหวที่สุด) ที่อุณหภูมิสีที่กำหนด (DxO น่าจะใช้ D65)
2. ความเข้มซึ่งทำให้เกิดขอบเขตของเสียงรบกวน (เช่นหากมีความเข้มกว่าเสียงที่ไม่สามารถยอมรับได้)

จากนั้นคุณมีสองวิธีในการคำนวณ DR ของภาพดิจิทัล

• วิธีโง่คือการใช้ข้อมูลพิกเซลเพื่อคำนวณเสียง ("หน้าจอ" การวัดบนไซต์ DxO) หากคุณคำนวณ DR ของเซ็นเซอร์เชิงเส้นด้วย X bit ADC ด้วยวิธีนี้มันจะไม่ใหญ่กว่า X EV
• วิธีที่ชาญฉลาด (ซึ่งเป็นวิธีเดียวที่เป็นไปได้ในการเปรียบเทียบภาพถ่ายจากกล้องที่มีความละเอียดต่างกัน) คือการนำความละเอียดมาพิจารณาเมื่อคำนวณการวัดเสียง ("พิมพ์" บน DxO) DR ไม่ได้ถูก จำกัด โดย ADC ด้วยวิธีนี้เราสามารถสร้างกล้องที่มีเซ็นเซอร์ขนาดใหญ่ขึ้นและ ADC เดียวกันและจะมีช่วงไดนามิกที่กว้างขึ้น

ดังนั้นคุณจะไม่พบกล้อง DR หน้าจอที่แสดงเป็น EV เกินความละเอียดของ ADC ที่แสดงเป็นบิต

ความคิดเห็นเกี่ยวกับคำตอบอื่น ๆ :

จากนั้นฉันคิดว่าเราสามารถตัดสินได้ว่าเซ็นเซอร์ใน K-5 ไม่มีตัวแปลงสัญญาณเชิงเส้น A / D

ไม่มีเซ็นเซอร์ดิจิตอลเดียวที่มีการแปลง A / D แบบไม่เชิงเส้นที่พัฒนา การแปลงวรรณยุกต์ทุกรูปแบบที่กล้องทำ (รวมถึงโหมดการส่งออกพิเศษของกล้องภาพยนตร์และชุด Sony A7 โดยเฉพาะ) จะทำโดยใช้ข้อมูลที่ไม่ต่อเนื่อง

Kodak DCS Pro 14n มีโหมดการทำงาน ADC แบบลาดสองทาง

เมื่อพิจารณาจากคะแนนของ K-5 ต่อหน้าแหล่งสัญญาณรบกวนเหล่านี้บ่งบอกว่าภาพไปป์ไลน์นั้นมีระดับความไม่เชิงเส้นปานกลาง

K-5 มีการตอบสนองแบบราบเรียบอย่างสมบูรณ์ (เหมือนกับกล้องอื่น ๆ ที่อาจเป็นข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวของ Kodak DCS Pro) ฉันวัดด้วยตัวเอง

หมายเหตุ: DxO Labs ไม่ได้ปรับขนาดหรือพิมพ์สิ่งใดสำหรับการวัดแบบ "พิมพ์" แต่ใช้สัมประสิทธิ์การลดขนาดในสูตร Sidenote: ในบทความนี้ "linear" ไม่ใช่ "logarythmic"