Bildwinkel, Blende, Schärfentiefe, Format - verschoben aus Nikon V 1 versus PEN P 3

[wolfgang_r]

Zitat von Specializer

(...)
Mir ging es aber oben um die Dynamik und die hat mit einer zu geringen Auflösung bei der A/D-Wandlung erstmal nichts zu tun.

Ja.

Zitat von Specializer

Das klingt nun aber ein wenig anders, als du in #62 geschrieben hast. Zudem sind 6dB SNR eine Menge, wenn man bedenkt, das man Rauschen ab etwa 50dB SNR kaum noch wahrnimmt.

6 dB sind die 2 Blendenstufen zwischen (m)FT und KB, eben dem Flächenverhältnis 1:4. Gleiche Technologie vorausgesetzt. Das muss man schlucken, ob man will oder nicht.
Die von Dir genannten 50 dB SNR sind übrigens ein interessanter Wert. Das entspricht 8 1/3 Blendenstufen. Ein relativ alter FT-Sensor alleine hatte 64 dB und der Kodak-Sensor für MF (egal welche Pixelzahl) liegt bei 70...71 dB. Die übrige Kameraelektronik sorgt dann für eine Verringerung des SNR. Photonenrauschen liegt bei großer Helligkeit (entsprechend ISO 200, f/8 und 1/1000 s) in etwa 9 Blendenstufen Abstand mit fallender Tendenz zu niedrigen Helligkeiten. (Bei 12 Blendenstufen geringerer Helligkeit liegt das Photonenrauschen nur noch in 2 Blendenstufen Abstand darunter.)
Mit viel Glück liegt der Streulichtschleier von Objektiven 36...40 dB unter max. Helligkeit bei "normalen" Alltagsmotiven. Die Rausch- und Dynamikdiskussion wird damit vielleicht etwas relativiert.

Zitat von Specializer

Im Raw sollte genau das nicht enthalten sein, max. eine Linearisierung der Grauachse, wobei dies schon zur Kalibrierung zählt und im Raw auch nichts suchen hat. Was zudem auch auch erst nach dem Demosaicing richtig Sinn macht.

Dachte ich mir auch so.

[Specializer]

Hier muss man noch hinzufügen, das die 50dB SNR für einen bestimmten Betrachtungsabstand bzw. Auflösung gelten. Ich finde gerade keine Informationen wie diese Auflösung definiert ist, sie dürfte aber im Bereich der Auflösungsgrenze des Auges liegen, also wie von dir genannt etwa 150 dpi auf einem Meter Abstand (eher weniger).

Die Bildschirme die wir heute benutzen haben eine Auflösung von etwa 100dpi, der Betrachtungsabstand liegt jedoch meist bei etwa 0.5 Meter. Um an die Auflösungsgrenze des Auges zu kommen brauchen wir also entweder Displays mit 300dpi oder einen Abstand von etwa 1.5 Metern. Unter solchen Bedingungen werden selbst ISO 3200 Bilder einer mFT Kamera mehr als brauchbar.

Betrachten wir also Bilder mit 100dpi im Abstand von 0.5 Metern, erhöht sich somit auch die Wahrnehmungsgrenze für Rauschen, und liegt dann wohl eher bei 60dB SNR.

[wolfgang_r]

Zitat von Specializer

Hier muss man noch hinzufügen, das die 50dB SNR für einen bestimmten Betrachtungsabstand bzw. Auflösung gelten. Ich finde gerade keine Informationen wie diese Auflösung definiert ist, sie dürfte aber im Bereich der Auflösungsgrenze des Auges liegen, also wie von dir genannt etwa 150 dpi auf einem Meter Abstand (eher weniger).
(...)
Betrachten wir also Bilder mit 100dpi im Abstand von 0.5 Metern, erhöht sich somit auch die Wahrnehmungsgrenze für Rauschen, und liegt dann wohl eher bei 60dB SNR.

(56 dB mein Display bei doppelter Breite und gleicher Auflösung. Das wären dann 3840 x 2400. Die Stelle des schärfsten Sehens könnte bestenfalls 0,3 Winkelminuten auflösen, unter optimalen Bedingungen löst das Auge max. 0,5 Winkelminuten auf.)
Das kommt in etwa auf meine Angaben raus. Genau da ist ja auch der Knackpunkt bei all diesen Betrachtungen, beim Betrachtungsabstand. Es kommt doch niemand ernsthaft auf die Idee, die Qualität eines Fotos auf einem Plakat von 4m x 4m aus 50 cm Abstand zu beurteilen.

[Nolite]

Ich bin nicht sicher, ob über die Belichtung tatsächlich ein Rückschluss auf die Full-Well-Capacity des Sensors möglich ist. In Absprache und nach Konsultation mit wolfgang_r möchte ich das etwas näher ausführen, so ganz weit weg vom Thema ist es ja auch nicht.

1.) Pixelgröße und Full-Well-Capacitiy

Wenn man Rückschlüsse auf die Full-Well-Capacity in Abhängigkeit von der Pixelgröße ziehen möchte, dann wäre es zielführend, Sensoren möglichst gleichen Typs heranzuziehen, z.b. den 12Mpix Sensor der Panasonic G1 und den 16Mpix sensor der G3. Das Format ist zwar dasselbe, aber die Pixel der G3 sind kleiner, und nur das zählt. Also müsste die Sättigung früher eintreten, bzw. die Empfindlichkeit höher sein.

Nun nimmt DxO ja genau solche Messungen vor, nämlich das Ermitteln der ISO-Sensitivity. Das Verfahren ist [Link nur für registrierte und freigeschaltete Mitglieder sichtbar. ] beschrieben (unter "Definition"): Man ermittelt den ISO-Wert anhand des Punkte, an dem der Sensor bei Belichtung in die Sättigung geht. Eigentlich ist das genau das, was wir suchen: Die Lichtmenge, die notwendig ist, um Full-Well zu erreichen.
Wenn man sich nun aber die ISO-Werte G1 (12Mpix), die G3 (16Mpix) und die E-P3 (12Mpix) im Vergleich anschaut, dann passiert etwas merkwürdiges: [Link nur für registrierte und freigeschaltete Mitglieder sichtbar. ] --> Measurements --> ISO Sensitivity:
Der ISO-Wert der E-P3 liegt trotz praktisch gleich großen Pixeln um eine ganze Stufe niedriger als bei der G1. Die G3 liegt trotz kleinerer Pixel genau zwischen den beiden. Es gibt offensichtlich überhaupt keinen auf diese Art und Weise messbaren Zusammenhang zwischen Pixelgröße und Full-Well-Kapazität.

2.) Headroom

DxO schreibt dazu:
"As tests show, the ISO settings reported by camera manufacturers can differ significantly from measured ISO in RAW. This difference stems from design choices, in particular the choice to keep some “headroom” to avoid saturation in the higher exposures to make it possible to recover from blown highlights."

Die Frage, wieviel "Headroom" abgespeichert wird, wo dieser "Headroom" sich befindet, und ob dieser "Headroom" für das Messergebnis eine Rolle spielt, bleibt leider ungeklärt.
Wenn tatsächlich die Sättigung gemessen wird (was laut ISO-Norm notwendig ist), dann darf es keinen Headroom geben, denn sonst würde die Sättigung ja gar nicht erreicht werden, und man müsste den Headroom zusätzlich ermitteln und dazu addieren, weil sonst das ganze Ergebnis nicht stimmt. Auch die Dynamikmessung wäre dadurch verfälscht.
Außerdem könnte die Konsequenz des verschwurbelten Satzes bei DxO, bzw. die Existenz eines Headrooms, die sein, dass die Herstellerangaben bezüglich der ISO eventuell doch stimmen, und dass im einfachsten Fall der Headroom die Differenz zwischen zwischen Hersteller-ISO und DxO Messwert ist. Die Logik legt das nahe, allein man traut sich nicht, es zu denken. Man müsste die ganzen Messerrgebnisse korrigieren, und zwar alle.

Was DxO allerdings übersieht, ist, dass die Belichtung in Kameras über eine Kurve funkioniert, nicht linear. Für einen kleinen Headroom, bzw. dafür, dass die Lichter nicht ausbrennen und die Schatten nicht zulaufen, sorgt bereits eine oben und unten mehr oder weniger flach auslaufende S-Kurve, die in der Praxis auch als effektiver Puffer gegen leichte Fehlbelichtungen wirkt, und dafür sorgt, dass das Bild nur ein wenig zu hell oder zu dunkel ist statt unbrauchbar.
Anders gesagt: Die Belichtungsfunktion der Kamera richtet sich nicht am Sättigungspunkt der Pixel aus, sondern zielt ein Endergebnis an. Sobald der Fotograf sich am Histogramm oder am auf dem Display dargestellten Bild orientiert, bezieht er eine von der Kamera zur Verfügung gestellte Gradationskurve mit ein. Diese Gradationskurve "verbiegt" jedoch den Dynamikumfang des Sensors, weil sie ihn oben und unten komprimiert. Korrigiert man nun zusätzlich noch die Belichtung etwas nach unten (ca. 1/3-2/3EV), vergrößert man diesen Puffer deutlich, weil man die Kurve nach oben hin noch flacher auslaufen lassen kann. Die Lichterpartien werden automatisch geschützt und erhalten mehr Zeichnung, selbst, wenn man das nicht sieht, weil die feinen Unterschiede normalerweise vom Display oder Monitor nicht dargestellt werden können. Es sei denn, man zieht die Lichterkurve nach unten, dann wird es deutlich.

Der Headroom würde also einfach durch eine gezielte Unterbelichtung erzeugt, die im Normalfall von der Gradationskurve sofort wieder korrigiert wird (ohne dass es der Anwender mitbekommt).
Damit wäre der Headroom jedoch wieder komplett aufgezehrt, die DxO Ergebnisse wären in sich schlüssig und die Welt stimmt wieder. Aber der Headroom ist verschwunden. Und Dxo misst nicht eigentlich die Sättigung der Pixel, sondern den Weißpunkt.

Könnte es nicht doch noch einen verborgenen Headroom im RAW geben, den man sich mit der Funktion der Lichterrettung, bzw. Highlight-Recovery im RAW-Konverter erschließen kann?
Wenn es ihn gäbe, dann müsste das Highlight-Recovery wie eine Belichtungskorrektur wirken, das heißt, das Bild würde insgesamt etwas dunkler werden und in den Lichterpartien müsste mehr Zeichnung zum Vorschein kommen, allerdings ohne Tonwertabrisse, Posterizing-Effekte, Farbsprünge, oder wie immer man diese Effekte auch nennen will. Sobald solche Effekte auftreten, spricht das ziemlich deutlich dafür, dass hier Daten hineingemappt und gestreckt werden, weil es eben an echten Informationen fehlt.

[Specializer]

Ok, so kommen wir nicht weiter. Ich kann da auch keinen Zusammenhang erkennen.

Allerdings denke ich nicht, das man eine G3 mit einer G1 vergleichen sollte, das sind einfach andere Sensorgenerationen. Aber vielleicht eine Nex7 und eine Nex5n? Die Nex7 zeigt ja auch aufgrund der kleineren Pixel ein entsprechend höheres Pixelrauschen gegenüber der 5n, was auf gleiche Technik hindeutet. Merkwürdigerweise zeigt die Nex7 jedoch keine Einbussen in der Dynamik?

Ich glaube auch nicht, das die Differenzen bei den ISOs den "Headroom" begründen. Es gibt ja auch Kameras, wie die G1/GF1, welche höhere gemessene ISOs haben als angegeben. Bei der GF1 wurde für ISO-800 ISO-1184 gemessen, das wäre also ein negativer "Headroom". Würde die GF1 aber die Belichtung mit ISO-800 berechnen, hätte man ständig überbelichtete Bilder.
Da ich die GF1 habe, kann ich sagen, das dies nicht so ist. Interessant ist jedoch, das die GF1 offensichtlich um ihre höheren ISO Werte bescheid weiss und so belichtet sie gegenüber der G3 in der gleichen Situation und gleichem ISO durchschnittlich 1/3 kürzer.

Zitat von Nolite

Was DxO allerdings übersieht, ist, dass die Belichtung in Kameras über eine Kurve funkioniert, nicht linear.

Den Satz verstehe ich nicht ganz. Meinst du damit die Belichtungsmessung? Dafür sind doch die unterschiedlichen Messmethoden (Spot, Mittenbetont) verantwortlich. Wo da eine S-Kurve sein soll verstehe ich auch nicht.

Wenn dieser "Headroom" wirklich über eine entsprechend eingestellte Belichtung zustande kommt, dann müsste man ja bei Kameras mit mehr "Headroom" Unterbelichtung oder verstärktes Rauschen in den Schatten beobachten.
Die Nikon D5100 aus meinem Versuch, war sich tatsächlich sehr unschlüssig über die Belichtung und schwankte sehr stark. Da ich aber die Grenzfläche zwischen Hell und dunkel angepeilt habe, ist das aber eigentlich nicht verwunderlich. Bei der Einstellung der Belichtungskorrektur z.B. +1/3 oder -1/3 fing sie dann an noch stärker zu schwanken und veränderte die Belichtungszeit meist deutlich mehr als 1/3 nach oben oder unten. Die G3 blieb da absolut vorhersagbar. Die Belichtungsmessung habe ich bei der D5100 im Liveview vorgenommen. Mit offenem Spiegel (und somit dem Belichtungssensor) wählte Sie sogar Belichtungszeiten um 1/1600s.
Die D5100 hat jedoch nach DXO etwa 1/3 geringere ISOs, ich hätte sie also beim ISO um 1/3 erhöhen müssen, habe ich leider vergessen. Das hätte jedoch eher dazu geführt, das sie kürzer belichtet, was somit den Details in den Highlights noch mehr zugute gekommen wäre.

Auch denke ich das wir die Wiederherstellung oder Lichterrettung nicht weiter betrachten sollten, denn dies ist ja wieder EBV und zeigt ja eben nicht wieviel Spielraum man hat, da dieser ja schon überschritten ist.


Da ich die GF1 habe könnte ich den Versuch, falls gewünscht, damit auch noch durchführen. Aber ich denke nicht das uns das weiter bringt.

Vielleicht aber könnten wir mal die Frage klären, warum eine Nex7 ein Basis ISO von gemessenen ISO-78 (100) erreicht, eine G3 bei nahezu gleich grossen Pixeln jedoch ISO-149 (160)? Wodurch wird diese Basis-Empfindlichkeit festgelegt?

[wolfgang_r]

Zitat von Specializer

Ok, so kommen wir nicht weiter. Ich kann da auch keinen Zusammenhang erkennen.

Allerdings denke ich nicht, das man eine G3 mit einer G1 vergleichen sollte, (...)

Warum nicht? Ich mache sogar Vergleiche zwischen 4/3 und KB. Das ist mitunter extrem Aufschlussreich.
Ich meine, man sollte sehr wohl die unterschiedlichsten Sensoren vergleichen, denn nur so kommt zu einem persönlichen Urteil über deren Fähigkeiten für die eigene Anwendung.
Noch wichtiger ist jedoch, meine ich, der Vergleich des fertigen Bildmaterials nach einer möglichst optimalen Ausarbeitung. Erst dann zeigt sich, was das ganze System insgesamt zu leisten imstande ist.
Die Steps von der Frontlinse bis zum Bild sind (leider) nicht mehr so gut trennbar wie zu Chemiefilmzeiten. Was da wo genau passiert, ist nur extrem schwer, wenn überhaupt herauszufinden. Für Laien ohne Messtechnik ist das ein hoffnungsloses Unterfangen, meine ich.

Zitat von Specializer

Ich glaube auch nicht, das die Differenzen bei den ISOs den "Headroom" begründen. Es gibt ja auch Kameras, wie die G1/GF1, welche höhere gemessene ISOs haben als angegeben. Bei der GF1 wurde für ISO-800 ISO-1184 gemessen, das wäre also ein negativer "Headroom". Würde die GF1 aber die Belichtung mit ISO-800 berechnen, hätte man ständig überbelichtete Bilder.
Da ich die GF1 habe, kann ich sagen, das dies nicht so ist. Interessant ist jedoch, das die GF1 offensichtlich um ihre höheren ISO Werte bescheid weiss und so belichtet sie gegenüber der G3 in der gleichen Situation und gleichem ISO durchschnittlich 1/3 kürzer.
(...)
Den Satz verstehe ich nicht ganz. Meinst du damit die Belichtungsmessung? Dafür sind doch die unterschiedlichen Messmethoden (Spot, Mittenbetont) verantwortlich. Wo da eine S-Kurve sein soll verstehe ich auch nicht.

Grundsätzlich ist der Zusammenhang quadratisch (logarithmisch, ^2) und auch die Messcharakteristik, weil unsere Sehphysiologie eben so ist.
Für eine deutliche Helligkeitssteigerung brauchen wir den "Sprung" um Faktor 2. Daher die Blendenstufen (sqrt)2 = 1,414...
Das würde aber immer noch nicht für einen "natürlichen" Eindruck reichen, also verbiegt man die (Gradations-)Kurve zusätzlich, lässt sie oben und unten flacher auslaufen, daher die S-Form.
[Link nur für registrierte und freigeschaltete Mitglieder sichtbar. ] Damit kommen wir auch auf die Basisempfindlichkeit, die Du unten ansprichst.
Die gezeigte Kurve lässt keinen Schluß auf die "Basisempfindlichkeit" des Sensors zu. Das ist eine Empfindlichkeit, die man nicht in ISO angeben kann.

Auszug aus Sensordaten:
Output Sensitivity: 32 .V/e
Saturation Signal: 25,000 electrons
Quantum Efficiency R (630 nm), G (550 nm), B (470 nm): 32%, 42%, 40%
Total Noise: 10 electrons
Dark Current (T= 40. C): 0.06 nA/cm2
Dark Current Doubling Temperature: 7.5 ºC
Dynamic Range: 64 dB

Die Basis-ISO des Systems aus Sensor und nachfolgender Datenaufbereitung setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen, mindestens diesen:
Sensordaten, Verstärkung nach den Fotodioden, A/D-Wandlereinstellung, Konvertierung ins JPG über die Gradtionskurve.
Daraus mixt man dann in Verbindung mit dem vorhandenen Licht eine ISO, die den bekannten Werten aus der Chemiefilmzeit nahe kommt.
Damals gabe es auch schon unterschiedlich Angaben für die Empfindlichkeit, die bei einem auf der Packung aufgedruckten Wert dann noch je nach Verarbeitung korrigiert wurden: "Zu belichten wie ... ASA."
Wen wunderts, dass dann je nach Modell unterschiedliche Basis-ISO heraus kommen.

Zitat von Specializer

Wenn dieser "Headroom" wirklich über eine entsprechend eingestellte Belichtung zustande kommt, dann müsste man ja bei Kameras mit mehr "Headroom" Unterbelichtung oder verstärktes Rauschen in den Schatten beobachten.
(...)

Das kommt auch die Kurve an, siehe oben. Wenn man sie oberhalb des Rauchens bereits auslaufen lässt, dann nicht.

Zitat von Specializer

Auch denke ich das wir die Wiederherstellung oder Lichterrettung nicht weiter betrachten sollten, denn dies ist ja wieder EBV und zeigt ja eben nicht wieviel Spielraum man hat, da dieser ja schon überschritten ist.

Wer seine Kamera kennt und motivgerecht korrekt belichtet, hat das auch nicht nötig. Wie "-rettung" ja schon sagt, es ist eine Notfallmaßnahme für nicht wiederholbare Aufnahmen.

Zitat von Specializer

Vielleicht aber könnten wir mal die Frage klären, warum eine Nex7 ein Basis ISO von gemessenen ISO-78 (100) erreicht, eine G3 bei nahezu gleich grossen Pixeln jedoch ISO-149 (160)? Wodurch wird diese Basis-Empfindlichkeit festgelegt?

Siehe oben.

[Nolite]

Zitat von Specializer

Da ich die GF1 habe, kann ich sagen, das dies nicht so ist.

Meine steht beinahe standardmäßig auf -0,3. Bei der GH2 ist das nicht nötig.

Zitat von Specializer

Den Satz verstehe ich nicht ganz. Meinst du damit die Belichtungsmessung?

Nein, viel einfacher. Die Belichtung in Gestalt von Zeit/Blendenkombination muss ja irgendwie umgesetzt werden, und diese Funktionen lassen sich als Kurven beschreiben. Belichtet man etwas knapper, dann wird die Kurve nach unten gezogen und die Tonwerte nach links an den Rand des Histogramms gequetscht, bzw. komprimiert. Belichtet man etwas reichlicher, dann werden die Tonwerte entsprechend nach rechts gequetscht. Das sorgt dafür, dass die Schatten nicht sofort zulaufen und die Lichter nicht sofort ausbrennen (wie es bei einer linearen Funktion der Fall wäre). Belichtet man nun das Bild durch Erhöhung der ISO-Werte generell etwas knapper, schafft man damit eine Reserve in den Lichtern, man muss nur die Kurve entsprechend anpassen.

Zitat von Specializer

Wenn dieser "Headroom" wirklich über eine entsprechend eingestellte Belichtung zustande kommt, dann müsste man ja bei Kameras mit mehr "Headroom" Unterbelichtung oder verstärktes Rauschen in den Schatten beobachten.

Die Unterbelichtung wird, wie gesagt, durch eine Kurve kompensiert. Die Schatten rauschen dann natürlich auch etwas stärker.

[Nolite]

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