Zakres tonalny w cyfrze

[Tomasz Urbanowicz]

Bitowość, cyfrowość i matematyka to już jest grubo za późno żeby mówić o rozpiętości tonalnej cyfraka. Na nic nawet 16-bitowy RAW jeśli przetwornik rozpoznaje np. tylko dwa stany: światło i ciemność (skrajny przykład!). Zamiana takiego 1-bitowego sygnału na 16-bitowy to zwykła interpolacja.

Chwila, chwila...

W przetworniku AC w aparatach cyfrowych dochodzi do kwantyzacji sygnału analogowego - "schodkowany" jest sygnał analogowy. Sygnał analogowy to odpowiednia wielkość napięcia w zależności od ilości fotonów wpadających w fotocelę. Im przetwornik AC będzie miał więcej bitów, tym łagodniejszy będzie sygnał skwantyzowany, ale nawet zapewne w przetworniku 50 bitowy jeden bit nie będzie odpowiadał jednemu fotonowi
Myślę, iż nie ma co wchodzić w budowę i zasadę działania matrycy + przetwornika A/C, bo wątek się rozrośnie i w końcu odbiegnie od głownego tematu.

Dodatkowo szumy w cienach świadczą o bardzo niskiej precyzji odczytu sygnału gdy światła jest mało albo jest mocno wzmocnione metodami nieoptycznymi

Pojawienie się szumów raczej świadczy o dobrej precyzji/czułości odczytu danych z matrycy - raczej świadczy o kiepskiej matrycy w której pojawiają się "lewe" elektrony z sąsiednich cel, niestabilności układu, temperatury itp.

I czy gmatwam sprawę?
Zacząłem od modelu stricte teoretycznego. Gdy zrozumie się ten model, można budować dalej teorie modelu praktycznego (rzeczywistego) uwzględniając szum, nieliniowość matrycy w pewnych zakresach, niestabilność układu itp itd.

[ewg]

W przetworniku AC w aparatach cyfrowych dochodzi do kwantyzacji sygnału analogowego - "schodkowany" jest sygnał analogowy. Sygnał analogowy to odpowiednia wielkość napięcia w zależności od ilości fotonów wpadających w fotocelę. Im przetwornik AC będzie miał więcej bitów, tym łagodniejszy będzie sygnał skwantyzowany, ale nawet zapewne w przetworniku 50 bitowy jeden bit nie będzie odpowiadał jednemu fotonowi
Myślę, iż nie ma co wchodzić w budowę i zasadę działania matrycy + przetwornika A/C, bo wątek się rozrośnie i w końcu odbiegnie od głownego tematu.

Teraz udowodniłeś, że właśnie tylko o tym trzeba z Tobą podyskutować - albo sie poddać.

Ja tu widzę 3 etapy (foton, elektryczność, bit) a Ty sugerujesz jakoby były tylko 2 (elektryczność=bit?). Gdyby ten prąd idealnie odpowiadał fotonom a bity prądom to możnaby powiedzieć, że przetwornik jest precyzyjny. Ale te twa przekształcenia są czysto analogowe. W matrycy konieczne są wyjątkowo małe a jednocześnie, jak to mówią górale, sakramencko czułe, precyzyjne i odporne na zakłócenia przetworniki. Takie nie istnieją a my wszyscy mamy taką a nie inną, dość ograniczoną rozpiętość tonalną w aparatach cyfrowych.

Co do wyprowadzenia praktyki z teorii to właśnie cyfrak jest takim wyprowadzeniem, wiec chyba wyważamy otwarte drzwi... :rolleyes:

[Tomasz Urbanowicz]

Ja tu widzę 3 etapy (foton, elektryczność, bit) a Ty sugerujesz jakoby były tylko 2 (elektryczność=bit?)

Nic takiego nie sugeruję.
Opisałem z grubsza tylko kwantyzacje sygnału elektrycznego, który zależny jest (w miarę liniowo) od fotonów - chyba źle mnie zrozumiałeś.
Naprawdę nie chcę drążyć tematu budowy i całego procesu który zachodzi jak także nowinek technicznych z tego rodzaju. Zdaję sobie sprawę z nieidealnych matrych, przetworników A/C i całej reszty - to jest i będzie, można tylko minimalizować odchyłki itp itd.
A o rozpiętości tonalnej cyfrówki już wcześniej napisałem. Nigdzie nie pisałem że jest nieograniczona (ograniczona jest wartościami kwantyzacji z iluś tam bitowego przetwornika).

[minek]

Patrzysz Panie jak pieprzy dyrdymały i nie grzmisz... Ech...

Nic nie stoi na przeszkodzie, aby czerń zastąpić kwadratem 10% odbicia światła, a biel 90%. Bardzo proszę:
Zakładamy oświetlenie dające 10 tyś lux, co daje 12EV

12 EV zmierzono światła padającego, OK

przy poprzednim przykładzie.
Przy 90% odbicia światła mamy 9000 lux, przy 10% odbicia światła mamy 1000 lux. Zakres tonalny sceny więc wynosi ok. 11,6 EV (mam nadzieje iż nie pomyliłem się).

Pomyliłeś się.
Zmierzono światło odbite od ciemnego, wyszło 1000 lux, co daje niecałe 9EV.
Zmierzono odbite od jasnego, wyszło 9000 lux, czyli ciut poniżej 12 EV.
Różnica (rozpiętość sceny): około 3EV
Druga próba: oświetlamy światłem słonecznym w słoneczny dzień: padające około 150000 luxów, 16EV
Pomiar odbitego od ciemnego: 15000 luxów, ponad 12.5EV
odbite od jasnego: 135 000lux, niecałe 16EV
Różnica: około 3EV.
Dobór ekspozycji zapewni, że do aparatu wpadnie tyle samo światła w pierwszym i w drugim przypadku.
Tak wynika z ukochanych przez Ciebie cyferek, z przytoczonego przez Ciebie eksperymentu myślowego.

Jeszcze raz chciałbym powiedzieć, iż nie jest problem z zarejestrowaniem sceny z dużym zakresem np. 20EV, bo jak wykazałem wcześniej da się odpowiednio dobierając ekspozycje.

Buahahahaha!

Weźmy jeszcze taki przykład:
(...)
Oświetlamy tak mocnym światłem żeby światłomierz pokazywał 20EV (różnice między bielą a czernią).

Z tego co piszesz wynika, że nie masz pojęcia co pokazuje światłomierz.
Gdzie ma być te 20EV?
Bo jeśli padającego, to OK, możesz tak oświetlić.
Ale przy pomocy światła nie zmienisz proporcji światła które ten zestaw kwadracików odbije. Za cholerę się nie da. Oświetlisz mocniej - odbije się mocniej. Oświetlisz słabiej - odbije się również słabiej.
Różnicę w EV między najjaśniejszym i najciemniejszym kwadracikiem światłomierz pokaże zawsze identyczną (zakładając ilość światła umożliwiającą dokonanie pomiaru, bez światła nic nie zobaczysz, światłomierz i aparat również i żadnego zdjęcia nie zrobisz)

Dobieramy ekspozycje tak, aby biel była na "krawędzi matrycy", czyli w:
a) 1024,
b) 4096
c) 16384

Dobieramy tak, aby biel była poniżej maksymalnej możliwej do zarejestrowania wartości. Czyli tyle ile dany aparat potrafi zarejestrować.Odczep się od tych potęg dwójki, dobra?

Na histogramie zobaczymy "grzebień" który na różnych aparatach będzie miał różne szerokości przerw (w przypadku trzecim będzie to taki bardzo rozlazły grzebień).
Następnie robimy zdjęcie gradietnowi 0-100%, który jest z krokiem 0,01. Czyli gradient składa się 10000 prostokącików. Oświetlamy jak wyżej.
Widzimy, że aparat pierwszy już nie odwzorowuje wszystkich odcieni, drugi również, trzeci tak.

Odcieni, zgadza się. Ale teraz nie odwracaj kota ogonem ani się chyłkiem nie wycofuj zmieniając temat. Mówiliśmy o zakresie tonalnym, nie jego jakości.

Chciałem przez to pokazać, że nie jest ważna rozpiętość tonalna sceny w EV. Powinny raczej być urządzenia które liczyłyby ilość odcieni w scenie.

Chciałeś powiedzieć, że zwyczajnie nie wiesz co znaczy rozpiętość tonalna sceny, co znaczy zakres odwzorowany z tej sceny na zdjęciu ani sposób odwzorowana (gęstość na kliszy, wartość piksela (zależna od maksymalnej, czyli Twoich ukochanych bitów!!!) w cyfrze)

Z trzeciej strony proszę zwrócić uwagę, że człowiek potrafi rozróżnić patrząc na scenę do 150 odcieni. Wzrok ludzki ma charakter adaptacyjny - potrafimy się dostosować do warunków oświetleniowych. Gdy mamy scenę o dużej rozpiętości np. 20EV mróżymy oczy żeby zobaczyć coś w cieniach ("zakładamy filtr"), lub przy mniejszej rozpiętości np. 10EV świadomie "przepalamy" światła aby więcej zobaczyć w cieniach i odwrotnie, kiedy zależy nam na światłach podświadomie "nie doświetlamy" cieni.

Nie próbuj bardziej skomplikować, najpierw zrozum o czym piszesz, potem wtrącaj dygresje.

Matryca w 350D potrafi tych odcieni w idealnym przypadku odróżnić 4096. JPG lub TIFF nawet 16 bitowy wyświetlamy na monitorze również jest pokazany 8 bitowo. 8 bitów to tylko (albo dla człowieka aż) 256 odcieni. Proszę zwrócić uwagę jaki jest to odsetek odcieni i informacji z RAW.

Oczywiście 23EV odnosi się do sceny jaką może aparat może maksymalnie zarejestrować bez przepalenia (sam sobie poniekąd odpowiedziałeś)

Jakie znowu 23EV? Człowieku, obudź się.
Pisałeś, że oko przepali część. Tak samo zrobi każdy aparat i każdy materiał. Oko rejestruje w sposób ciągły i mózg potem to interpretuje, wzrokiem omiatasz mały wycinek kątowy przestrzeni, wełbie składasz sobie z tego całość.
W aparacie nie założysz filtra na wycinek fotografowanej sceny.
[EDIT]: Sorry, założysz, np połówkowy. Ale wtedy masz już zawężony zakres tonalny, a nie o tym mowa była nasza płynna...

No to ja Was teraz wszystkich pogodzę... :cool:

Na imię mu przetwornik anologowy-cyfrowy - to o to ustrojstwo się tutaj kłócicie.

Próbowałem to już pisać. Według mnie prościej jest powiedzieć, że taki przetwornik ma ograniczony zakres działania. Nie istotne iloma bitami opisuje to co widzi. Dla niego dostrzegalne jest coś powyżej pewnej ilości i nieprzekraczające innej maksymalnej ilości. Mniej światła spowoduje czarną plamę, więcej niż max - białą.
Ekspozycja (czas, przysłona) ma jedynie ustawić, by światło ze świata ograniczyć (górę i dół proporcjonalnie tak samo) akurat do tych wartości możliwych do odróżnienia przez przetwornik.

[Tomasz Urbanowicz]

Patrzysz Panie jak pieprzy dyrdymały i nie grzmisz... Ech...

12 EV zmierzono światła padającego, OK

Pomyliłeś się.
Zmierzono światło odbite od ciemnego, wyszło 1000 lux, co daje niecałe 9EV.
Zmierzono odbite od jasnego, wyszło 9000 lux, czyli ciut poniżej 12 EV.
Różnica (rozpiętość sceny): około 3EV
Druga próba: oświetlamy światłem słonecznym w słoneczny dzień: padające około 150000 luxów, 16EV
Pomiar odbitego od ciemnego: 15000 luxów, ponad 12.5EV
odbite od jasnego: 135 000lux, niecałe 16EV
Różnica: około 3EV.
Dobór ekspozycji zapewni, że do aparatu wpadnie tyle samo światła w pierwszym i w drugim przypadku.
Tak wynika z ukochanych przez Ciebie cyferek, z przytoczonego przez Ciebie eksperymentu myślowego.

Oczywiście racja - za szybko odpowiadam

Weźmy taki więc przykład (taka symulacja dużego zakresu tonalnego):
Biały prostokąt (np. 99% odbicia światła) i czarny prostokat (np. 0,01% odbicia światła). Oświetlamy światłem o 100000 luksów. Co mamy?
- biały (99% odbicia światła) - 99000 lux, czyli 15,3EV
- czarny (0,01% odbicia światła) - 10 lux, czyli 2 EV
Zakres tonalny wynosi 15,1EV. Zgadza się?

Czy uważasz, że nie zarejestrujesz na jednym zdjęciu (odpowiednio dobierając ekspozycje aby nie przepalić białego) robiąc aparatem cyfrowym dwóch prostokątów: białego i czarnego? Zmieńmy teraz czarny prostokąt na jaśniejszy np. 0,1% odbicia światła.
- czarny (0,1% odbicia światła) - 100 lux, czyli 5,3EV.
Zakres tonalny wynosi 10EV. Zgadza się?
I znów jak poprzednio dobieramy ekspozycje aby nie przepalić bieli. Czy uważasz że na jednym zdjęciu nie zarejestrujesz bieli i czerni?

Dołóżmy następny prostokąt o 50% odbiciu światła. W pierwszym przypadku będziemy mieli:
- czarny (0,01% odbicia światła) - 99000 lux, czyli 15,3EV
- szary (50% odbicia światła) - 50000 lux, czyli 14,3EV
- biały (99% odbicia światła) - 10 lux, czyli 2 EV
Zakres tonalny się nie zmieni - 15,1EV

Czy uważasz że nie zarejestrujesz na jednym zdjęciu 3 prostokątów:
- czarnego,
- szarego,
- białego?

Już całkiem OT:
Wydaję mi się, że chyba za dużo przesiadujesz na pyryfy i pyryfycy - przesiąkłeś aroganckimi odpowiedziami np. pana Lewandowskiego...

[Tomasz Urbanowicz]

Zakładają stricte liniowość matrycy przyporządkujmy wartości światła odbitego do wartości aparatu z 12 bitowym przetwornikiem. Załóżmy że tak dobraliśmy ekspozycję, aby bieli przypada wartość 4000 wartości z 12 bitowego kwantyzowania.

Pierwszy przypadek z czernią 0,01% odbiciem światła:
- biały: 4000,
- szary: 2020,
- czarny: 0,4 czyli 0.

Przypadek z czernią 0,1%:
- biały: 4000,
- szary: 2020,
- czarny: 4.

Pomijam tu celowo szum - w obu przypadkach na zdjęciu zobaczymy najjaśniejszą wartość bez przepalania, jak i najciemniejszą.
W pierwszym przypadku nie rozróżnimy na zdjęciu wartości 10 lux od 15 lux, ale nie znaczy to, że nie zarejestrujemy zakresu 15,1EV - problem będzie z dokładnością, czyli rozdzielczością tonalną. Jednak w moim przykładzie są tylko 2 i 3 wartości mimo dużego zakresu tonalnego - dlatego też wspomniałem o, jak Ty to piszesz, jakości tonalnej, czyli ilość odcieni w scenie.

Podobnie jakbyśmy mieli 2 linijki z zakresem od 0 do 100 cm. W jednym przypadku byłaby podziałka co 1 cm (100 podziałek), w drugim co milimetr (1000 podziałek). Obiema linijkami mierzymy "rozsypane odcinki" z zakresu długości od 0,1 do 99 cm. Każda linijka posiada odpowiedni zakres pokrywający długość odcinków, tylko że jedną potrafimy dokładniej zmierzyć odcinki, drugą zdecydowanie mniej dokładnie.

Proszę sobie jeszcze odpowiedzieć jak taką scenę o zakresie tonalnym 15,1EV zobaczy człowiek.

[minek]

Tylko pierwszy przykład:
Owszem, nie zarejestruję. Ustawiając tak, by światła były na skraju przepalenia, zarówno czarniejszy czarny jak i mniej czarny czarny (10EV mniej niż max) będą nieodróżnialne i się nie naświetlą.
Za mało będzie światła by pobudzić w ogóle sensor do działania.

Powiedziałem już wszystko co wiedziałem, z mojej strony EOT.

[Jacek_Z]

Weźmy taki więc przykład (taka symulacja dużego zakresu tonalnego):
Biały prostokąt (np. 99% odbicia światła) i czarny prostokat (np. 0,01% odbicia światła). Oświetlamy światłem o 100000 luksów. Co mamy?
- biały (99% odbicia światła) - 99000 lux, czyli 15,3EV
- czarny (0,01% odbicia światła) - 10 lux, czyli 2 EV
Zakres tonalny wynosi 15,1EV. Zgadza się?

Czy uważasz, że nie zarejestrujesz na jednym zdjęciu (odpowiednio dobierając ekspozycje aby nie przepalić białego) robiąc aparatem cyfrowym dwóch prostokątów: białego i czarnego?


Zmieńmy teraz czarny prostokąt na jaśniejszy np. 0,1% odbicia światła.
- czarny (0,1% odbicia światła) - 100 lux, czyli 5,3EV.
Zakres tonalny wynosi 10EV. Zgadza się?
I znów jak poprzednio dobieramy ekspozycje aby nie przepalić bieli. Czy uważasz że na jednym zdjęciu nie zarejestrujesz bieli i czerni?

te dwa zdjęcia będą wyglądały (prawie) identycznie.
oglądający dwa zdjęcia nie odróżni czarnego prostokata będącego naświetlonego na -15EV od tego naświetlonego na -10 EV (no, w tym prostokąciku będącym na granicy da juz jakieś wartości)

zakładam jak i ty naświetlenie na światła (biel)

[Tomasz Urbanowicz]

Jeszcze Wam nie dam spokoju

Zakładamy liniowość matrycy bo taka z grubsza jest. Załóżmy że jest stricte liniowa, bez szumów itp.

Niech nasza scena przedstawia gradient o 256 odcieniach (zakres 8EV).
Mamy do dyspozycji 3 aparaty które ustawiamy tak, aby nie przepalić bieli na "krawędzi matrycy":
- 4 bitowy,
- 2 bitowy,
- 1 bitowy.

Trzymając się definicji liniowości nasze aparaty zarejestrują w ten sposób tą scenę:

źródło

Mimo tego, że na zdjęciu na każdym z aparatów nie widać 256 odcieni, jesteśmy w stanie pokazać najciemniejszy jak i najaśniejszy punkt sceny. Czyli posiadamy narzędzie (bardzo niedokładne) które potrafimy tak wyskalować, aby moc bez przepalenia pokazać biel i "czarną dziurę" czyli 0.
To, że w ostatnim aparacie nie przedstawimy na przykład wartości 1, 2 czy nawet 100 nie oznacza, że nie możemy przedstawić 0.

Podobnie jest z monitorem. Załóżmy, że mamy 2 monitory:
- 8 bitowy,
- 1 bitowy.
Oba mają identyczny kontrast np. 1000:1 tj. czerń będzie na poziomie 0,1 cd/m2, biel 100 cd/m2. Na jednym i drugim wyświetlamy gradient od 0 do 255 gdzie 0 odpowiada naszej czerni, a 255 naszej bieli.
Każdy z nich potrafi pokazać najjaśniejszy stopień gradientu (biel = 255 = 100 cd/m2) i najciemniejszy (czarny = 0 = 0,1 cd/m2). Mierzymy światłomierzem rozpiętość tonalną naszego gradientu na monitorze. Co się okaże? Że na jednym i drugim rożnica (czyli zakres tonalny) będzie taki sam. Czyli mam urządzenie które potrafi pokazać duży zakres tonalny - z tym, że na jednym rozróżnimy wszystkie odcienie, na drugim nie. Ale o tym nie decyduje zakres tonalny, lecz rozdzielczość tonalna urządzenia.

[Jacek_Z]

to co piszsz jest OK, ale to nie zmienia nic w kwestii zasadniczego sporu o zakres tonalny możliwy do przeniesienia przez aparat cyfrowy