Rozpiętość tonalna w fotografii cyfrowej

[Jacek_Z]

my tego bez wódki nie rozwiążemy
dziś moge pisac z doskoku, na weekend wybywam.
temat jest za obszerny.
zwrocić co chcę uwagę, że zajmujesz się tym jak opisywana jest rozpietość tonalna tego co rejestruje matryca. Jak będzie na większej ilości bitów - to będzie ona dokładniej opisana. Ale to nie zwiększy ani ciut ciut tego co potrafi matryca zarejestrować. Chodzi o to by matryca potrafiła jednoczesnie zauwazać i rejestrować szczegóły jak najjaśniejsze i jak najciemniejsze - odległe na skali EV na maxa. I to jest problem. Tu wygrywa (na te chwilę) S3 pro.

to co potem, co zejdzie z matrycy to sprawa wtórna, mniej istotna. Oczywiscie jak ktoś zrobi supermatryce, to nie będzie robił z niej zapisu bitmapy 0 i 1, a da kolor pewnie 16 bitowy. Ale to sa sprawy wtórne, dostosowania softu do osiągów matrycy. Tą część opisujesz OK.
Z wywodu twojego możnaby prawie wyciągnąc wniosek, że jak by własnie dano zapis 16 bitowy, to by zarejestrowano najwiekszą rozpietość tonalną. A to jest postawienie sprawy od tyłu. To da tylko taką mozliwość. Ale ważne jest jaką różnicę EV moze zarejestrować i przenieść matryca. Tym właściwie sie nie zajęłeś.
kolor mozna zapisać na 8, 12, 16 czy ilu sie tam chce bitach. To nie zmienia czerni i bieli, a tylko przypisaną wartość liczbową temu punktowi.
Ten sposób zapisu to trochę jak zapisywanie parametrów liczbami albo za pomoca cyfr arabskich albo cyfr rzymskich. Nie zmieni to koloru, czerni czy bieli występującej w naturze, a tylko jak to zapisano po kwantyzacji. O ile przeniesie matryca te wartosci, to potrafi je opisać. Ale jak nie przeniesie tego matryca - bo ma za małą rozpietośc tonalną EV, to "bogatszy" sposób opisu punktu nic nie da, nie zwiększy rozpietości EV a poprawi pokazywanie półtonów.
Kluczem do wszystkiego jest jak duża rozpietość EV potrafi dać matryca. Ta z S3 potrafi więcej, dzięki bardzo cwanemu zabiegowi ze sklejeniem dwóch komórek ze sobą - o dużej powierzchni i przez to o większej czułości odpowiedzialnej za cienie obrazu i drugiej - o małej powierzchni i przez to mniejszej czułości odpowiedzialnej za światła obrazu. Bez sensu taki efekt opisywać na 8 bitach, traci się całe zaletę tego rozwiązania.
We wszechświecie ma się bardzo duza rozpietośc tonalną - od czarnej dziury do wybuchu gwiazdy. Tej rozpietości nie przeniesie chyba nigdy nic . matryca moze sobie wyciąć pewien kawałek, ileś tam EV z tego. Dzięki czasowi naświetlania, czułości, zastosowanej przysłonie mozna "przesuwać" zakres - o szerokości ilus tam EV - jaką będzie rejestrowała matryca. Najjasniejsze z tego co może zarejestrować w takim układzie matryca to będzie biel, a najciemniejsze to będzie czerń. Nie ma to nic wspólnego z tym, czy nasze oczy będą to co rejestruje matryca widziały jako białe czy czarne. Bo np. niedoświetlona szarość będzie pokazywana jak czerń, a prześwietlana jako biel. (trzeba tu poczynic oczywiscie pewne dodatkowe założenia, np że nie fotografujemy motywu o bardzo małej rozpietości tonalnej, i że to niedoświetlenie i prześwietlenie będzie o więcej EV niż przenosi matryca. W ogóle wszędzie tu dla uproszczenia zakładam, że fotografujemy coś o b. dużej, wiecej niz potrafi ogarnąć matryca rozpietości tonalnej i że to matryca nas ogranicza)
Cały sęk w tym jaki punkt najjaśniejszy i najciemniejszy jednocześnie (w naturze, przyrodzie) rozróżnia matryca, a nie jak to jest na bitach opisane - to jest wtórne.
Jedne matryce potrafią osiągac rozpietość 8 EV, inne 10 EV. pewnie jakieś stare miały dajmy na to 6 EV.
każde z nich pokazywały biel i czerń, ale dla każdej z nich był to inny zakres szerokosci EV. Zeby było ciekawiej (sorry, że moze trochę zagmatwam), mozliwe, że najbardziej podobałby się wam obrazek z matrycy o najmniej EV, a nie najwiecej (ale opisany na wielu bitach, dla ładnej ciagłości tonalnej - tu nie ma sprzeczności). Taki obraz wydawałby się najbardziej kontrastowy. Podobnie jak podoba się obraz z Fuji Velvia 50, choc ma ona małą rozpietość.
JK - łatwiej mi było przedstawić "mój obraz" widzenia tego zagadnienia - teraz napisz z czym tu sie u mnie nie zgadzasz.

[JK]

No dobrze, troche to wszystko zagmatwałeś, ale mam taką propozycję. Na początku ustalmy z czym się zgadzamy, a z czym nie.

Z Twoich wypowiedzi wynika, że nie kwestionujesz tego, co napisałem o monitorach, kartach graficznych, drukarkach, formacie JPEG oraz o przetwarzaniu obrazów (dziwne by było gdybyś tu coś kwestionował, ale zawsze można się czegoś nowego dowiedzieć), czyli nie kwestionujesz niczego co dotyczy przetwarzania obrazu po jego zarejestrowaniu przez matrycę. Czy dobrze to odczytałem? Czy możemy to przyjąć? Jeśli tak, to jedyny punkt rozbieżny dotyczy tego, jak rzeczywista scena jest rejestrowana przez matrycę. Czy dobrze rozumiem Twoje wypowiedzi?

[Jacek_Z]

prawie tak - zgadzam sie z tym co co napisałeś o monitorach, kartach graficznych, drukarkach, formacie JPEG
o przetwarzaniu obrazów - już nie ze wszystkimi fragmentami. Wyszło ci w jakimś miejscu (upraszczając) że 8 bitów, a nie więcej daje sie pokazać, więc skoro nef jest 12 bitów to mozna bezkarnie korygować o 4 EV. zbiezność cyferek jest chyba przypadkowa, bo nie sądze byś chciał ułozyc równanie 12 bitów - 4 EV = 8 bitów. to sa inne jednostki. tu też się różnimy.
co do zapisu rzeczywistej sceny przez matryce, to nawet nie wiem czy sie róznimy, praktycznie to pominełeś, a wydawało mi się to w tym wszystkim najistotniesze, skoro to o rozpietości tonalnej ma być.

a co u mnie ci sie nie zgadza ?

[JK]

Jacku, zostawmy na chwilę sposób rejestrowania zdjęcia przez matrycę i wyjaśnijmy szczegóły mojego tekstu. Chyba bedzie prościej i nie będziemy mieszać zagadnień. Do rejestracji obrazu przez matrycę wrócimy nieco później. Pasuje?


No to wyjaśnijmy sobie problem tego 4EV. Wbrew pozorom to się mniej więcej zgadza. Zrobione zostało zdjęcie wzorcowe z korektą 0EV (zakłdam, że światłomierz D200 prawidłowo wyznaczył ekspozycję, ale i tak nie ma to wielkiego znaczenia) i drugie zdjęcie z korektą minus 4EV. O ile ja się znam na parametrach ekspozycji, to korekta o minus 4EV oznacza 16 razy mniej światła padajacego na matrycę. Matryca ma podobno charakterystykę zbliżoną do liniowej, czyli to co miało być zarejestrowane jako wartość 4095 zostanie zarejestrowane jako wartość 16 razy mniejsza, czyli 255 (oczywiecie w przybliżeniu związanym z pominieciem szumów układów elektronicznych, nieliniowości charakterystyki matrycy itp). I analogicznie nie 256 tylko 16, nie 1024 tylko 64, i tak dalej. Czy się tu mylę? Chyba nie. Jeśli się mylę to czekam na sprostowanie.

Jeśli wyjaśnimy ten szczegół to chyba wyjaśnimy wszystkie zagadnienia związane z tekstem, który napisałem. Chyba, że jeszcze masz inne wątpliwości.

[Jacek_Z]

jest gorąco, mózg mi staje, ale sie zgadza, faktycznie, to 16 razy mniej swiatła. wyliczenie jest ok.
tylko jakie przy tym jest założenie ? - ze cała rozpietość tonalna mieści sie na tych 8 bitach i przesuwając w zakresie tych 4 bitów nic nie tracimy. a to już jest ryzykowne założenie.
Nie sądzę by CCD pracowal liniowo i w obszarze swiatel i cieni, i było bez róznicy co poświęcamy.
np czemu mozna przeswietlić o 4 EV, a nie mozna niedoświetlić o 4EV? to by było juz 16 bitów. czyli lepiej od prawidłowo naświetlonego - niedoświetlenie (lub prześwietlenie) o +/-2 EV. dalej będa straty.
W dodatku tu zakładasz, że 8 bitów da obraz wystarczajacy (bo chyba nie doskonały), bo tak pracują urządzenia peryferyjne. Z tego w konsekwencji wyjdzie, że niepotrzebna jest większa rozpietośc tonalna niż 8 EV bo i tak nie ma jak jej pokazać.

pisałem wczesniej, że fajniejsze fotki moga wyglądać z matrycy o rozpietosci 6EV, ale pokazane na 8 lub wiecej bitach - by nie utracic ciągłosci tonalnej.
z kolei jak cos ma rozpietość np 10 EV (załóżmy, że tyle ma S3 pro) to po obrobieniu (na większej ilości bitów) i przeliczone na 8 bitów (na jpg) to i tak pokaże więcej, niż gdyby było 8 bitów od poczatku do końca jak w d70.
dzięki temu, że S3 ma zakres 10 bitów to moze pokazać to co jest na przepalonych 2 bitach w d70. będzie to widać nawet gdy sie to przeliczy na 8 bitowy kolor.

[ Dodano: Pią 07 Lip, 06 16:37 ]
przy okazji - wyłapałem coś co mi nie pasuje i moze tu pies pogrzebany - napisałeś:

"Matryca nie ma zdefiniowanego ani idealnego punktu czerni, ani idealnego punktu bieli. Ona jedynie rejestruje śwaitło, które na nią pada. W zależności od parametrów naświetlania kolor idealnie biały może zostać zarejestrowany jako 200, 500, 2000 lub 4095. Oczywiscie im więcej tym lepiej, ale ważne jest tylko to, zeby nie przepalić i zachować margines na dalszą obróbkę."

nie, to niemozliwe. jesli moze być zapisana wartość jako 200 albo jako 4095 to to by było bez sensu.
bo miałoby do końca skali - do czerni albo 200 albo 4095 - czyli "odległość" (około) albo 7 EV albo 12 EV.
Ja sądzę, że jest to tyle samo zawsze (odległość w EV od bieli do czerni) i jest to jednocześnie tyle ile może ta matryca - czyli około 8EV, a dalej są pewnie już dość nielinowe wskazania, które obcina np jpg, a które próbuje sie ratowac w RAW.

[JK]

Jacku, przepraszam za krótka przerwę, już wszystko wyjaśniam.

Dlaczego nie doświetliłem o 4EV? Tylko dlatego, że przy takim niedoświetleniu, teoretycznie (praktycznie również, bo sprawdzałem statystykę składowych pikseki dla tej fotki) mozna zobaczyć na monitorze prawie dokładnie to, co rejestruje matryca na 8 bitach. Oczywiście z szumem, ale inaczej się nie da. Ze zdjęć widać wyraźnie, że praktycznie nie ma strat innych poza szumem. Prześwietlić o 4EV nie można, bo przepalimy te magiczne 12 bitów i będzie po sprawie. Każdy światłomierz lustrzanki cyfrowej będzie starał się tak naświetlać, żeby chronić przed przepaleniem, ale możliwie najlepiej wykorzystywać światło. Powszechnie wiadomo, że jest to około 0,3EV - 0,7EV - 1EV w zależności od tego kto to ocenia. Nikon nie doświetla - właśnie dlatego.

Do tego pokazywania wiecej przez S3 proponuję wrócić później, bo to się wyjaśni po dyskusji o tym co rejestruje matryca.

Odnośnie punktu czerni i punktu bieli mam takie dwa przykłady, które powinny sprawę wyjaśnić:

Pierwszy dotyczy punktu czerni. Nikon oferuje funkcję redukcji szumów przy długich czasach naświetlania. Po co to robi? Bo podczas robienia zdjęcia nakładają się na siebie co najmniej dwie przyczyny zmiany wskazań sensorów matrycy: naświetlanie i błędy powodowane nagrzewaniem się matrycy. Jaki z tego wniosek? Ano taki, że jeśli na sensor padnie 0 (zero) światła, to i tak matryca jakąś wartość zarejestruje sama z siebie. Czyli punkt czerni dla matrycy wcale nie musi odpowiadać punktowi o składowych (0,0,0). Żeby im odpowiadał, trzeba odjąć wpływ zakłóceń. Najlepiej to widać podczas robienia "darków", ale działa to zawsze, bo każdy układ elektroniczny szumi, czy tego chcesz, czy nie. Tylko, że dla krótkich czasów naświetlania wpływ szumów jest tak mały, że są one całkowicie eliminowane podczas przetwarzania obrazu do przestrzeni 8 bitowej. Dla "darków" te zakłócenia są dużo większe i muszą być eliminowane oddzielnie.

Drugi dotyczy punktu bieli. Jeśli naświetlimy idealnie, to punktowi bieli odpowiada w matrycy 12 bitowej punkt o składowych koloru (4095,4095,4095). Ale kiedy tak naświetlamy? Nigdy, tylko w teorii. W rzeczywistości naświetlamy tak, aby zachować pewien margines bezpieczeństwa dla przepaleń i dalszej obróbki. Na przykład uzyskujemy (4000,4000,4000). Ale co się stanie, jeśli nie doświetlimy o 1EV? Uzyskamy wartości (2000,2000,2000). Przy nie doświetleniu o 2EV otrzymamy z tej samej sceny (1000,1000,1000). Czy takie operacje spowodowały, że biel przestała być bielą. Nie i jeszcze raz nie. W ostatnim kroku obróbki zdjęcia i tak będziemy wykonywali przetwarzanie obrazu do przestrzeni 8 bitowej i dopiero tam będzie ważne, czy punkt bieli ustawimy prawidłowo, czy nie. A będzie to możliwe we wszystkich trzech przypadkach, tylko że możniki będą różne. Przypadek pierwszy 255/4000, drugi 255/2000, trzeci 255/1000. To chyba jaśniejsze już być nie może. Przyjmijmy, że matryca jest wirtualnym nośnikiem, który jedynie pośredniczy w procesie robienia zdjęcia, pomiędzy rzeczywistą sceną, a tym co da się wyświetlić w przestrzeni 8 bitowej.

Czy jeszcze masz jakieś wątpliwości lub uwagi do mojego tekstu, czy możemy już przejść do etapu rejestrowania obrazu przez matrycę?

[tojo]

Czy nie można sprawdzić rozpiętości matrycy doświadczalnie?
Np. bierzemy szarą kartę i naświetlamy ją według wskazań światłomierza (w pliku powinno byc cos kolo 12, następnie sukcesywnie zwiększamy ilość wpadającego światła (np. co 1/3 EV) i dochodzimy do momentu, w którym rzeczywisty szary obraz staje się idealnie białym (w pliku mamy 255). Następnie zmniejszamy ilość światła i dochodzimy do sytuacji, w której szara karta staje się zupełnie czarna (w pliku mamy 0). Czy ten zakres EV, o jaki zmienialiśmy naświetlenie by otrzymać z szarej kartki zupełną biel i zupełną czerń nie jest rozpiętością tonalną matrycy?

Pozdrawiam
Wojtek

[JK]

tojo, proszę poczekaj trochę. Może Jacek_Z się jeszcze odezwie, a jeśli nie, to za jakąś godzinę pojedziemy z tym dalej. Zamierzam wykazać, że matryca nie może mieć rozpiętości mierzonej tak jak rzeczywista fotografowana scena. Ale poczekajmy chwilę, chciałbym żeby najpierw wyjaśnić wątpliwości wokół tego co napisałem na wstępie tego wątku.

[tojo]

OK, w takim razie czekam!

[Smurf]

Jacek_Z, czyli czekam na argumenty - ale tylko merytoryczne.

I pamiętaj, że ja od prawie 30 lat zajmuję się grafiką komputerową, a sciślej programami do przetwarzania obrazów wektorowych i rastrowych - od lat projektuję i piszę takie programy (no dla ścisłości - nie zawsze sam, czasem z różnymi zespołami współpracowników). Nie widzę tu wielkiego pola do dyskusji, ale próbuj. Łatwo skóry nie sprzedam.

Tak oczywiscie - w roku 1976 uzywaleś programów do przetwarzania obrazów wektorowych i rastrowych, a nawet je tworzyłeś